(57)【要約】内燃機関は、傘部５５ａを有する排気弁８と、排気弁８が配置されている領域に配置され、燃焼室５に対向する一方の端部が排気弁８の傘部５５ａに係止している筒状部材６１と、筒状部材６１を燃焼室５に向かう側に付勢するための流体ばね６３とを備える。筒状部材６１は、排気弁８の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、他方の端部が流体ばね６３に当接している。流体ばね６３は、燃焼室５の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室５の圧力変化を駆動源として縮むように形成されている。
2011132321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状部および傘部を有し、燃焼室に通じる通路を開閉可能に形成されている開閉弁と、
燃焼室に通じる通路を含み、開閉弁を支持する支持構造物と、
燃焼室に通じる通路において開閉弁が配置されている領域に配置され、燃焼室に対向する一方の端部が開閉弁の傘部に係止している介在部材と、
介在部材を燃焼室に向かう側に付勢するためのばね装置とを備え、
介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、一方の端部と反対側の他方の端部がばね装置に当接しており、
ばね装置は、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として縮むように形成されており、
燃焼室が燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に制御圧力に到達すると、ばね装置が縮むことにより、傘部および介在部材が燃焼室の外側に向かって移動し、燃焼室の容積が増加することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置と、
介在部材の移動量を制限する移動制限装置とを備え、
内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定し、選定した燃焼室の最大圧力に基づいて介在部材の移動量を制限することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備え、
遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されており、
燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、移動制限装置により介在部材の移動量が小さくなるように制限して、燃焼室の最大圧力を大きくすることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
１つの燃焼室に対して複数の開閉弁が配置されている内燃機関であって、
複数の開閉弁に対応して配置された複数の介在部材および複数のばね装置を備え、
複数のばね装置は、傘部および介在部材を含む移動する部材の総重量が大きいほど、弾性力が小さくなるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
開閉弁の棒状部は、傘部に接続されている第１の弁棒部分と、第１の弁棒部分に弾性部材を介して接続されている第２の弁棒部分とを含み、
弾性部材は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達してばね装置が縮むときには、ばね装置の縮み量に対応して縮む弾性力を有し、燃焼室に通じる通路を開けるために開閉弁を開くときには縮まない弾性力を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
開閉弁が閉じる方向に開閉弁を付勢する弁付勢部材を備え、
ばね装置は、弁付勢部材の内側、または弁付勢部材を取り囲むように外側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】
開閉弁を駆動するためのカムと、
クランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構とを備え、
カムは、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁が移動可能になるように形成されている凹部を有し、
可変動弁機構によりカムの凹部の位相を変化させることにより、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁の移動量を制限することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
開閉弁を駆動するための電磁駆動装置を備え、
燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。
特表２００６−５２２８９５号公報においては、ピストンと連接ロッドとの間において、連接ロッドをピストンクラウンと逆方向に付勢するように作用する円板スプリングが組み込まれたピストンが開示されている。また、ピストンクラウンが連接ロッドに関連して軸上に移動することが開示されている。このピストンにおいては、ピストンが上死点を超過すると円板スプリングに蓄積されたエネルギーが放出されて、出力トルクの生成につながることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【特許文献２】特表２００６−５２２８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火花点火式の内燃機関においては、燃焼室において燃料と空気の混合気が点火装置で着火されることにより、混合気が燃焼するとともにピストンが押し下げされる。このときに圧縮比を高くすることにより熱効率が向上する。ところが、圧縮比を高くすると異常燃焼が発生する場合がある。例えば、圧縮比が高くなることにより自着火現象が生じる場合がある。
異常燃焼の発生を防止するために、点火時期を遅らせることができる。しかしながら、点火時期を遅らせることにより、出力トルクが小さくなったり、燃料消費が悪化したりする。また、点火時期を遅らせることにより、排気ガスの温度が高くなる。このため、排気浄化装置の構成部品に高質な材料が必要になったり、排気ガスを冷却する装置が必要になったりする場合があった。更に、排気ガスの温度を下げるために、燃焼室で燃焼を行なうときの空燃比を理論空燃比未満にする場合がある。すなわち、燃焼時の空燃比をリッチにする場合がある。しかしながら、排気浄化装置として三元触媒が配置されている場合には、排気ガスの空燃比が理論空燃比から逸脱すると浄化能力が小さくなってしまい、排気ガスを十分に浄化することができなくなるという問題があった。
上記の特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている内燃機関においては、燃焼室に通じる空間をシリンダヘッドに形成して、この空間に機械ばねが配置されている。しかしながら、燃焼室に通じる通路をシリンダヘッドに形成するために、吸気弁や排気弁が小さくなる虞があった。
上記の特表２００６−５２２８９５号公報には、ピストンに機械ばねが配置されている内燃機関が開示されている。しかしながら、ピストンに配置された機械ばねは、変形できる量が不十分であり、十分なストローク量を確保できない虞がある。そのため、筒内圧力制御が困難であった。
本発明は、異常燃焼の発生を抑制する内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関は、棒状部および傘部を有し、燃焼室に通じる通路を開閉可能に形成されている開閉弁と、燃焼室に通じる通路を含み、開閉弁を支持する支持構造物と、燃焼室に通じる通路において開閉弁が配置されている領域に配置され、燃焼室に対向する一方の端部が開閉弁の傘部に係止している介在部材と、介在部材を燃焼室に向かう側に付勢するためのばね装置とを備える。介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、一方の端部と反対側の他方の端部がばね装置に当接している。ばね装置は、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として縮むように形成されている。燃焼室が燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に制御圧力に到達すると、ばね装置が縮むことにより、傘部および介在部材が燃焼室の外側に向かって移動し、燃焼室の容積が増加する。
上記発明においては、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置と、介在部材の移動量を制限する移動制限装置とを備え、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定し、選定した燃焼室の最大圧力に基づいて介在部材の移動量を制限することができる。
上記発明においては、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備え、遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されている。燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、移動制限装置により介在部材の移動量が小さくなるように制限して、燃焼室の最大圧力を大きくすることができる。
上記発明においては、１つの燃焼室に対して複数の開閉弁が配置されている内燃機関であって、複数の開閉弁に対応して配置された複数の介在部材および複数のばね装置を備え、複数のばね装置は、傘部および介在部材を含む移動する部材の総重量が大きいほど、弾性力が小さくなるように形成することができる。
上記発明においては、開閉弁の棒状部は、傘部に接続されている第１の弁棒部分と、第１の弁棒部分に弾性部材を介して接続されている第２の弁棒部分とを含み、弾性部材は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達してばね装置が縮むときには、ばね装置の縮み量に対応して縮む弾性力を有し、燃焼室に通じる通路を開けるために開閉弁を開くときには縮まない弾性力を有することができる。
上記発明においては、開閉弁が閉じる方向に開閉弁を付勢する弁付勢部材を備え、ばね装置は、弁付勢部材の内側、または弁付勢部材を取り囲むように外側に配置することができる。
上記発明においては、開閉弁を駆動するためのカムと、クランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構とを備え、カムは、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁が移動可能になるように形成されている凹部を有し、可変動弁機構によりカムの凹部の位相を変化させることにより、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁の移動量を制限することができる。
上記発明においては、開閉弁を駆動するための電磁駆動装置を備え、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、異常燃焼の発生を抑制する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置の第１ステムのストッパー機構の拡大概略断面図である。
【図４】実施の形態１の第１の燃焼圧力制御装置において、流体ばねが縮んだときの概略断面図である。
【図５】実施の形態１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関において、燃焼室の圧力と流体ばねの縮み量とを説明する図である。
【図６】比較例における点火時期と出力トルクとの関係を説明するグラフである。
【図７】比較例におけるクランク角度と燃焼室の圧力との関係を説明するグラフである。
【図８】比較例における内燃機関の負荷と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図９】実施の形態１の第１の燃焼圧力制御装置において、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときの燃焼室の圧力のグラフの拡大図である。
【図１０】実施の形態１における内燃機関および比較例の内燃機関の点火時期を説明するグラフである。
【図１１】実施の形態１における第２の燃焼圧力制御装置の第１ステムと第２ステムとの接続部分の拡大概略断面図である。
【図１２】実施の形態１における第３の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１３】実施の形態１における第４の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１４】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１５】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の移動制限装置および遮蔽装置の概略斜視図である。
【図１６】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の移動制限装置の説明図である。
【図１７】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関において、燃焼室の最大圧力を説明するグラフである。
【図１８】比較例における内燃機関の回転数とノッキング余裕点火時期との関係を説明するグラフである。
【図１９】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の回転数と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図２０】比較例における燃料に含まれるアルコール濃度と遅角補正量との関係を説明するグラフである。
【図２１】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃料のアルコール濃度と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図２２】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置を配置した内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。
【図２３】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置を配置した他の内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。
【図２４】実施の形態２における第２の燃焼圧力制御装置の移動制限装置および遮蔽装置の概略斜視図である。
【図２５】実施の形態２における第２の燃焼圧力制御装置を配置した内燃機関の概略断面図である。
【図２６】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図２７】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の排気カムおよび排気弁の部分の概略斜視図である。
【図２８】実施の形態３におけるクランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構の概略図である。
【図２９】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の排気カムの概略断面図である。
【図３０】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の運転制御のタイムチャートである。
【図３１】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置の排気カムおよび排気弁の部分の概略斜視図である。
【図３２】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置の第２の排気カムの概略断面図である。
【図３３】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置の概略断面図である。
【図３４】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置の他の概略断面図である。
【図３５】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。
【図３６】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図３７】実施の形態４における比較例の内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。
【図３８】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第１の運転制御のタイムチャートである。
【図３９】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第２の運転制御のタイムチャートである。
【図４０】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第３の運転制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１
図１から図１３を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面、シリンダヘッド、吸気弁および排気弁に囲まれる気筒内の空間、および任意の位置にあるピストンの冠面、シリンダヘッド、吸気弁および排気弁に囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成される。燃焼室５には、燃焼室に通じる通路として機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃焼室５における燃料の燃焼により生じた排気ガスを排出するための通路である。シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。
燃焼室５に通じる通路には、開閉弁としての吸気弁６および排気弁８が配置されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。開閉弁は、支持構造物としてのシリンダヘッド４に支持されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。燃料を供給する流路の途中には、燃料の性状を検出するための燃料性状検出装置として、燃料性状センサ４５が配置されている。たとえば、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関では、燃料性状センサ４５としてアルコール濃度センサが配置される。燃料性状検出装置は、燃料タンクに配置されていても構わない。
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が配置されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。機関排気通路には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ４６が配置されている。
本実施の形態における機関本体１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うための再循環通路を有する。本実施の形態においては、再循環通路としてＥＧＲガス導管２６が配置されている。ＥＧＲガス導管２６は、排気枝管１９とサージタンク１４とを互いに連結している。ＥＧＲガス導管２６には、ＥＧＲ制御弁２７が配置されている。ＥＧＲ制御弁２７は、再循環する排気ガスの流量が調整可能に形成されている。機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、触媒コンバータ２１の上流側の機関排気通路内には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４７が配置されている。
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータからなる。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。更に、電子制御ユニット３１には、燃料性状センサ４５、温度センサ４６および空燃比センサ４７等のセンサの信号が入力されている。
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７、燃料ポンプ２９およびＥＧＲ制御弁２７に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
図２に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の内部のうち、開閉弁が配置されている領域に配置されている。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気ポート９の内部のうち、排気弁８が配置されている領域に配置されている。
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、排気ポート９の燃焼室５に接続されている部分に配置されている枠部材６０を備える。本実施の形態における枠部材６０は、円管状に形成されている。枠部材６０は、支持構造物としてのシリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、機関排気通路を形成する開口部６０ａを有する。枠部材６０は、係止部６０ｂを有する。係止部６０ｂは、枠部材６０の燃焼室に向かう側の端部に配置されている。係止部６０ｂは、枠部材６０の内側に突出するように形成されている。
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、排気弁８の傘部５５ａと、後述するばね装置との間に介在する介在部材を備える。本実施の形態における介在部材は、筒状に形成されている筒状部材６１を含む。筒状部材６１は、枠部材６０の内部に配置されている。筒状部材６１は、枠部材６０に対して摺動可能に形成されている。筒状部材６１は、矢印２０１に示すように、排気弁８の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成されている。筒状部材６１の端面が、枠部材６０の係止部６０ｂに当接することにより、筒状部材６１が枠部材６０から抜けることが防止されている。
筒状部材６１は、燃焼室５に対向する一方の端部が開口している。また、筒状部材６１は、側面に開口部６１ａを有する。筒状部材６１の内部の空間、開口部６１ａおよび枠部材６０の開口部６０ａは、機関排気通路を構成する。排気ガスは、筒状部材６１の内部の空間および開口部６１ａを通って排出される。筒状部材６１の外周面には、封止部材としてのシールリング６９が配置されている。シールリング６９は、筒状部材６１の周方向に沿って配置されている。シールリング６９は、燃焼室５の気体が枠部材６０と筒状部材６１との間の隙間を通って、機関排気通路に漏れることを抑制する。
筒状部材６１の一方の端部は、排気弁８の傘部５５ａと係止している。筒状部材６１は、傘部５５ａと接触する部分に配置されているバルブシート６２を含む。バルブシート６２は、傘部５５ａと筒状部材６１との接触部分から燃焼室５の気体が漏れることを抑制する。筒状部材６１は、開口している端部と反対側の他方の端部に当接部６１ｂを有する。当接部６１ｂは、後述する流体ばね６３に当接している。このように、筒状部材６１は、一方の端部が傘部５５ａに係止し、他方の端部が流体ばね６３に当接している。
筒状部材６１は、後述するように開閉弁の移動方向とほぼ平行な方向に移動するために、強度が大きくて密度の小さな材質から形成されていることが好ましい。たとえば、チタンやアルミニウムで形成されていることが好ましい。この構成により、強度を保ちながら、燃焼圧力制御装置の応答性を向上させることができる。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、ばね装置としての流体ばね６３を備える。流体ばね６３は、内部に圧縮性流体を密閉することにより弾性を有する。本実施の形態の流体ばね６３は、流体封入部材の内部に空気が封入されている。本実施の形態における流体ばね６３は、円環状に形成されている。流体ばね６３は、ガイド部材５３の周りを取り囲むように形成されている。本実施の形態における流体ばね６３は、蛇腹部６３ａを有し、蛇腹部６３ａが変形することにより矢印２０１に示す方向に伸縮する。
流体ばね６３は、筒状部材６１とシリンダヘッド４との間に配置されている。流体ばね６３は、一方の端部がシリンダヘッド４に当接している。流体ばね６３は、他方の端部が筒状部材６１の当接部６１ｂに当接している。流体ばね６３は、筒状部材６１を燃焼室５に向かう側に付勢している。
本実施の形態における排気弁８は、ガイド部材５３に支持されている。本実施の形態におけるガイド部材５３は、筒状に形成されている。ガイド部材５３は、シリンダヘッド４に固定されている。排気弁８は、ガイド部材５３の内部を摺動するように形成されている。
排気弁８は、平面視したときの形状がほぼ円形の傘部５５ａと、傘部５５ａに接続されている棒状部とを含む。本実施の形態における棒状部は、傘部５５ａに接続されている第１の弁棒部分としての第１ステム５５ｂと、カムが配置される側の第２の弁棒部分としての第２ステム５５ｃとを含む。第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃは、ガイド部材５３により支持されている。
排気弁８の第２ステム５５ｃの先端部には、固定部材としてスプリングリテーナ５２が固定されている。スプリングリテーナ５２とシリンダヘッド４との間には、排気弁８が閉じる方向に、排気弁８を付勢する弁付勢部材としてバルブスプリング５１が配置されている。バルブスプリング５１は、スプリングリテーナ５２を燃焼室５から離れる向きに付勢している。第２ステム５５ｃの先端部は、ロッカーアーム９９に押圧されている。ロッカーアーム９９は、排気カムにより押圧されている。本実施の形態における内燃機関は、排気カムによりロッカーアーム９９が押圧される。ロッカーアーム９９により第２ステム５５ｃが押圧されて排気弁８が開いた状態になる。
排気弁８の第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとは、弾性部材としてのコイルスプリング５４を介して接続されている。本実施の形態においては、第２ステム５５ｃの内部に空洞部が形成され、この空洞部に第１ステム５５ｂの先端部が挿入されている。第２ステム５５ｃの空洞部の内部にはコイルスプリング５４が配置されている。コイルスプリング５４は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが互いに離れる向きに、第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃを付勢している。
コイルスプリング５４は、燃焼室５に通じる機関排気通路を開くために排気弁８を開けるときには、第１ステム５５ｂおよび傘部５５ａが、第２ステム５５ｃに押圧されて動く強さ以上の弾性力を有するように形成されている。すなわち、コイルスプリング５４は、排気弁８の第２ステム５５ｃが排気カムやロッカーアーム等に押圧された場合に、傘部５５ａが燃焼室５の内部に向かって移動するように形成されている。また、コイルスプリング５４は、流体ばね６３が縮むときに、第１ステム５５ｂに押圧されて、流体ばね６３の縮み量に対応して縮む弾性力を有するように形成されている。
図３に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の他の概略断面図を示す。図３は、図２における第１ステムと第２ステムとが嵌合している部分を他の角度で切断したときの概略断面図である。
本実施の形態における排気弁８は、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃから抜けることを防止するストッパー機構を有する。ストッパー機構は、第１ステム５５ｂに形成されているストッパー部５６を有する。本実施の形態におけるストッパー部５６は、棒状に形成されている。ストッパー部５６は、第１ステム５５ｂの本体から外側に向かって突出している。ストッパー機構は、第２ステム５５ｃに形成されている切欠き部５９を有する。切欠き部５９は、排気弁８の棒状部の延びる方向に形成されている。ストッパー部５６は、切欠き部５９の内部に配置されている。
ストッパー部５６は、切欠き部５９の内部で移動可能なように形成されている。ストッパー部５６が、切欠き部５９の一方の端面に当接することにより、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃから抜けることが防止される。また、コイルスプリング５４が伸縮することにより、矢印２０１に示す方向に、第２ステム５５ｃに対して第１ステム５５ｂが相対的に移動する。ストッパー機構としては、この形態に限られず、第１ステムが第２ステムから抜けることを防止する任意の機構を採用することができる。
図２を参照して、燃焼室５の圧力が制御圧力未満の場合には、筒状部材６１は、流体ばね６３の内部の流体の圧力により、開口している一方の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに係止している。傘部５５ａおよび筒状部材６１の端面には、燃焼室５の圧力が印加される。燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程において、燃焼室５の圧力が予め定められた制御圧力以上になったときに、流体ばね６３が縮む。すなわち、燃焼室５の圧力による押圧力が流体ばね６３の反力より大きくなったときに、流体ばね６３が縮む。
図４に、本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置において、流体ばねが縮んだときの概略断面図を示す。流体ばね６３が縮むことにより、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、燃焼室５の外側に向かって移動する。本実施の形態においては、排気弁８の第１ステム５５ｂはコイルスプリング５４を押圧する。コイルスプリング５４が縮んで、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃに対して相対的に移動する。筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが燃焼室５に向かう側と反対側に移動することにより、燃焼室５の容積が増加する。このために、燃焼室５の圧力上昇を抑制することができる。
燃焼室５における燃料の燃焼が進んで、燃焼室５の圧力による押圧力が流体ばね６３の反力よりも小さくなった場合には、流体ばね６３が伸びる。筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、燃焼室５の内側に向かって移動して元の位置に戻る。また、燃焼室５の容積は元の大きさに戻る。
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、ばね装置が伸縮する。ばね装置は、燃焼室の圧力変化を駆動源として燃焼室の容積が変化するように形成されている。本発明における制御圧力は、ばね装置が変化し始めるときの燃焼室の圧力である。流体ばね６３の内部には、制御圧力に対応した圧力の流体が封入される。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
図５に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および流体ばねの縮み量である。図５には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。流体ばね６３の縮み量は、筒状部材６１の一方の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに当接しているときの値が零である。
図１、図２、図４および図５を参照して、圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５の圧力が上昇する。ここで、流体ばね６３には制御圧力に対応した圧力の流体が封入されているために、燃焼室５の圧力が制御圧力になるまでは、流体ばね６３の縮み量が零である。図５に示す例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５の圧力が急激に上昇する。燃焼室５の圧力が制御圧力に達したときに、流体ばね６３が縮み始める。排気弁８の傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよび筒状部材６１が枠部材６０に対して移動し始める。混合気の燃焼が進むと、流体ばね６３の縮み量が大きくなる。このために、燃焼室５の圧力の上昇が抑制される。図５に示す例では、燃焼室５の圧力がほぼ一定に保たれる。
燃焼室５において、更に燃料の燃焼が進むと、流体ばね６３の縮み量は最大になった後に小さくなる。流体ばね６３の内部の圧力が元の圧力に向かって減少し、流体ばね６３の縮み量が零に戻る。燃焼室５の圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５の圧力が減少する。
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御する。
図６に、本実施の形態における比較例の内燃機関における点火時期と出力トルクとの関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置を有していない。すなわち、比較例の内燃機関は、本実施の形態における流体ばね６３および筒状部材６１等を有しておらずに、圧縮行程から膨張行程にかけて排気弁は停止している。また、排気弁８の棒状部は一体化されている。図６のグラフは、所定の状態で比較例の内燃機関を運転しているときのグラフである。横軸は、点火するときのクランク角度（点火時期）を示している。
混合気に点火する時期によって内燃機関の性能が変化することが分かる。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）を有する。出力トルクが最大になる点火時期は、エンジン回転数、スロットル開度、空燃比、圧縮比などにより変化する。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。また、出力トルクが大きくなり、燃料消費量を少なくすることができる。また、排出される二酸化炭素を減らすことができる。
ところが、点火時期を早くするとノッキング現象などの異常燃焼が発生する。特に高負荷になると、異常燃焼の発生する領域が大きくなる。比較例の内燃機関においては、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）よりも遅らせて点火している。このように、異常燃焼が発生する領域を避けた点火時期を選定している。
図７に、比較例の内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。実線は、燃料の供給を停止（フュエルカット）して、かつスロットル弁の開度が全開（ＷＯＴ）のときの燃焼室の圧力を示している。このときの燃焼室の圧力は、クランク角度が０°のとき、すなわち圧縮上死点において最大になる。この圧力は、燃料を供給しないときの燃焼室の最大圧力になる。
内燃機関においては、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。破線で示されているグラフは、出力トルクが最大になる点火時期で点火したときのグラフである。破線は、異常燃焼が発生しないと仮定した場合のグラフを示している。図７に示す例においては、クランク角度が０°（ＴＤＣ）よりもやや後の時期に点火を行なっている。出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合においては、燃焼室の圧力が高くなる。しかしながら、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも大きくなるために、点火時期を遅角させている。一点鎖線は、点火時期を遅角させたときのグラフである。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
図５を参照して、破線は、比較例の内燃機関において出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）で点火した場合のグラフを示している。前述のとおり、この点火時期で点火した場合には、異常燃焼が発生する。
これに対して、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の最大圧力が異常燃焼の発生圧力未満になるように燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。このため、図７に示す点火時期を遅らせた比較例の内燃機関と比較して、熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
図５を参照して、本実施の形態の内燃機関においては、熱効率が最も良くなる点火時期に点火している。本実施の形態の内燃機関は、比較例の内燃機関の出力トルクが最大になる点火時期にて点火することも可能である。しかしながら、本実施の形態における内燃機関は、点火時期を比較例における内燃機関の出力トルクが最大になる点火時期よりも早くしている。この構成により、より熱効率を改善することができ、より出力トルクを大きくすることができる。このように、本実施の形態における内燃機関は、異常燃焼を回避しながら熱効率が最も良くなる時期に点火することができる。
本実施の形態においては、流体ばね６３の内部の流体の封入圧力は、制御圧力よりも高くなる。制御圧力としては、燃料の供給を停止した場合における燃焼室の最大圧力より大きくすることができる。すなわち図７に示す実線のグラフの燃焼室の最大圧力より大きく設定することができる。また、制御圧力は、異常燃焼が発生する圧力未満に設定することができる。
比較例の内燃機関は、点火時期を遅角するために排気ガスの温度が高くなる。または、熱効率が低いために排気ガスの温度が高くなる。比較例の内燃機関においては、排気ガスの温度を下げるために、燃焼時の空燃比を理論空燃比より小さくする場合がある。ところが、排気浄化装置としての三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍の場合に高い浄化能力を示す。三元触媒は、理論空燃比から外れると、浄化性能が極端に小さくなってしまう。このため、燃焼時の空燃比を理論空燃比よりも小さくすると、排気ガスの浄化能力が低下し、排気ガスに含まれる未燃燃料等が多くなってしまう。また、比較例の内燃機関は、排気ガスの温度が高くなるために、排気浄化装置の耐熱性が要求されて高質の材料が必要になったり、排気ガスを冷却するための装置や排気ガスを冷却するための新たな構造が必要になったりする場合がある。
これに対して、本実施の形態における内燃機関は、熱効率が高いために排気ガスの温度が高くなることを回避することができる。本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの温度を下げるために燃焼時の空燃比を小さくする必要性が小さく、排気浄化装置が三元触媒を含む場合に浄化性能を維持することができる。更に、排気ガスの温度が高くなることを回避できるために、排気浄化装置の部材の耐熱性の要求が低くなる。または、排気ガスの冷却を行なうための装置等を新たに追加しなくても装置を形成することができる。
また、図５を参照して、一般的に熱効率を向上させるために内燃機関の圧縮比を上昇させる場合には、燃焼室の最大圧力Ｐｍａｘが大きくなる。このために、内燃機関を構成する部材の強度を大きくする必要がある。しかしながら、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の最大圧力が大きくなることを回避できて、構成部材が大型になることを回避できる。たとえば、コネクティングロッドの径が大きくなることを回避できる。また、構成部材同士の摩擦が大きくなることを回避できて、燃料消費率の悪化を抑制することができる。
さらに、燃焼室の最大圧力が高い場合においては、燃焼室の径を大きくすることが困難であるという問題がある。燃焼室の径が大きくなると、それに伴ってピストンの支持部分等の構成部材の強度を大きくする必要が生じる。しかしながら、本実施の形態においては、燃焼室の最大圧力を低く維持できるために、構成部材の要求強度を低く抑えることができる。このため、燃焼室の径を容易に大きくすることができる。
次に、本実施の形態の内燃機関の燃焼圧力制御装置における制御圧力について説明する。
図８は、比較例における内燃機関の負荷と、燃焼室における最大圧力との関係を示すグラフである。内燃機関の負荷は、燃焼室における燃料の噴射量に対応する。異常燃焼が発生しない場合には、破線で示したように、負荷が増加するに従って燃焼室の最大圧力が増加する。所定の負荷よりも大きくなると異常燃焼が発生する。異常燃焼が発生するときの燃焼室の最大圧力は、負荷に依らずにほぼ一定であることが分かる。
本実施の形態の内燃機関においては、燃焼室の圧力が異常燃焼を発生する圧力に到達しないように制御圧力を設けている。制御圧力としては、燃料が燃焼したときの燃焼室の最大圧力が異常燃焼の発生圧力よりも小さくなる範囲のうち、大きな圧力であることが好ましい。制御圧力を異常燃焼が発生する圧力の近傍まで高くすることが好ましい。この構成により、異常燃焼を抑制しながら熱効率を大きくすることができる。
図９に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の圧力の他のグラフを示す。図９は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している部分の拡大図である。図４および図９を参照して、本実施の形態の内燃機関は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達することにより、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが枠部材６０に対して移動する。このときに、流体ばね６３が縮んで、流体ばね６３の内部の圧力が上昇する場合がある。このため、燃焼室５の圧力が、流体ばね６３の内部の圧力上昇に伴って上昇する場合がある。燃焼室５の圧力のグラフは、上側に凸の形状になる。制御圧力を設定する場合には、燃焼室５の最大圧力が異常燃焼の発生圧力に到達しないように、流体ばね６３の内部の圧力の上昇分を見込んで低く設定することが好ましい。
次に、本実施の形態の内燃機関の点火時期について説明する。
図１０に、本実施の形態および比較例の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。実線は、本実施の形態の内燃機関において出力トルクが最大になる時期に点火したときのグラフを示す。一点鎖線は、比較例の内燃機関において点火時期を遅角させた場合のグラフを示す。
本実施の形態における内燃機関は、前述したように、内燃機関の熱効率が最大となる点火時期θｍａｘを選定することが好ましい。しかしながら、この点火時期での燃焼室の圧力は高くなる。たとえば、本実施の形態の点火時期における燃焼室の圧力は、比較例の点火時期における燃焼室の圧力よりも大きくなる。このために、内燃機関によっては、火花が飛ばせずに失火してしまう場合がある。特に、本実施の形態の内燃機関では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）の近傍において点火を行なっている。クランク角度が０°の近傍では、燃焼室の圧力が高いために火花が飛びにくい状態になっている。すなわち、空気密度が高いために放電が生じにくい状態になっている。
図１を参照して、燃焼室５において失火すると、未燃燃料が機関排気通路を通って排気浄化装置に流入する。本実施の形態においては、未燃燃料が排気ポート９を通って三元触媒２０に流入する。この場合には、三元触媒２０に流入する未燃燃料が多くなり、大気中に放出される排気ガスの性状が悪化する場合がある。または、三元触媒２０において、未燃燃料が燃焼して三元触媒２０が過温になる場合がある。
図１０を参照して、このような失火する虞のある内燃機関では、点火時期を進角させることができる。すなわち、点火時期を早くすることができる。たとえば、点火時期を出力トルクが最大になる点火時期よりも更に進角させることができる。点火時期を早くすることにより、燃焼室の圧力が低い時に点火することができて失火を抑制することができる。
図２を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の内部に、開閉弁の移動方向に移動可能な筒状部材を配置している。すなわち、機関吸気通路または機関排気通路に燃焼圧力制御装置の一部を配置することができる。このため、燃焼室の容積を小さくしたり、吸気弁または排気弁の傘部の径を小さくしたりすることを回避しながら、燃焼室に燃焼圧力制御装置を接続することができる。
また、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁の傘部や筒状部材等の移動する部材が燃焼室に接している。これらの移動する部材に、燃焼室の圧力が直接的に印加される。さらに、移動する部材に傘部が含まれることにより、移動する部材の燃焼室に接する部分の面積が大きくなる。このために、筒状部材等の移動する部材の移動量を小さくすることができる。応答性に優れた燃焼圧力制御装置を提供することができる。
本実施の形態において、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間に介在するコイルスプリング５４は、流体ばね６３が縮むときに流体ばね６３の縮み量に対応して縮むように形成されている。ところが、コイルスプリング５４は、弾性力が小さすぎると、排気弁８を開くときに、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂの慣性力により、傘部５５ａが移動し始める時期が遅れる場合がある。このために、コイルスプリング５４は、開閉弁を開くときに、傘部５５ａの移動が遅れないように大きな弾性力を有することが好ましい。コイルスプリング５４は、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、第２ステム５５ｃと同時に移動し始める弾性力を有することが好ましい。コイルスプリング５４は、開閉弁を開くときに縮まない弾性力を有することが好ましい。この構成を採用することにより、開閉弁の動作遅れを回避することができる。
図１１に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の拡大概略断面図を示す。図１１は、排気弁の第１ステムと第２ステムとの嵌合部分の拡大概略断面図である。本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとがダンパー５７を介して接続されている。本実施の形態におけるダンパー５７は、コイルスプリング５４の内側に配置されている。
本実施の形態におけるダンパー５７は、容器５７ａを含む。容器５７ａは、第１ステム５５ｂに固定されている。容器５７ａの内部には、液体が封入されている。本実施の形態においては、容器５７ａの内部にオイルが充填されている。ダンパー５７は、容器５７ａの内部で移動可能に形成されている板部材５７ｂを有する。板部材５７ｂは、周りをオイルが通る様に形成されている。ダンパー５７は、第２ステム５５ｃに固定されている支持部材５７ｃを有する。支持部材５７ｃは、棒状に形成されている。支持部材５７ｃは、板部材５７ｂを支持している。
第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間にダンパー５７を配置することにより、排気弁８の共振を抑制することができる。傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよびコイルスプリング５４が有している固有振動数が、内燃機関の回転数に依存して生じる振動の周波数と合致して共振が生じる場合に、振動の振幅を小さくすることができる。また、排気弁の開閉動作に伴って、第２ステム５５ｃに対して、第１ステム５５ｂが振動してしまう場合がある。ダンパー５７は、このような振動の振幅を小さくすることができる。
本実施の形態におけるダンパーは、オイルダンパーであるが、この形態に限られず、第１ステム、傘部およびコイルスプリング等の振動を抑制する任意のダンパーを、第１ステムと第２ステムとの間に介在させることができる。
図１２に、本実施の形態における第３の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。第３の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３が弁付勢部材としてのバルブスプリング５１の外側に配置されている。流体ばね６３は、円環状に形成されている。流体ばね６３は、バルブスプリング５１を取り囲むように形成されている。
第３の燃焼圧力制御装置の枠部材６０は、シリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、バルブスプリング５１の側方まで延びている。枠部材６０は、流体ばね６３の端部を支持するための支持部６０ｃを有する。枠部材６０は、バルブスプリング５１の端部を支持するための支持部６０ｄを有する。第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃを支持するガイド部材５３は、枠部材６０の支持部６０ｄに固定されている。第３の燃焼圧力制御装置の筒状部材６１は、流体ばね６３に当接している当接部６１ｂを有する。
図１３に、本実施の形態における第４の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。第４の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の内側に配置されている。流体ばね６３は、円環状に形成されている。バルブスプリング５１は、流体ばね６３を取り囲むように形成されている。
第４の燃焼圧力制御装置の枠部材６０は、シリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、バルブスプリング５１の内側で延びている。枠部材６０は、流体ばね６３の端部を支持するための支持部６０ｃを有する。ガイド部材５３は、支持部６０ｃの先端に固定されている。第４の燃焼圧力制御装置の筒状部材６１は、流体ばね６３に当接している当接部６１ｂを有する。
第３の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の外側に配置され、第４の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の内側に配置されている。すなわち、流体ばね６３およびバルブスプリング５１は環状に形成され、二重構造に配置されている。この構成を採用することにより、流体ばね６３の排気弁８の移動方向の長さを長くすることができる。流体ばね６３の縮み量を大きくすることができて、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが移動する時の移動長さを大きくすることができる。
また、筒状部材６１の開口部６１ａおよび枠部材６０の開口部６０ａを大きくすることができる。たとえば、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置よりも、開閉弁の移動方向における開口部６０ａ，６１ａの長さを長くすることができる。燃焼室に通じる通路の流路断面積を大きくすることができて、圧力損失を小さくすることができる。たとえば、ポンピングロスと言われる吸気損失や排気損失などを小さくすることができる。
本実施の形態における第３の燃焼圧力制御装置または第４の燃焼圧力制御装置を排気弁の側に配置する場合には、流体ばね６３を機関排気通路の外側に配置することができる。このため、排気ガスの熱により、流体ばね６３の内部の流体の温度が上昇することを抑制できる。流体ばね６３の内部の封入圧力が変化することを抑制できる。この結果、制御圧力が変化することを抑制できる。
本実施の形態の第３の燃焼圧力制御装置または第４の燃焼圧力制御装置においては、流体ばね６３の端部およびバルブスプリング５１の端部が、枠部材６０に支持されているが、この形態に限られず、支持構造物としてのシリンダヘッド４に支持されていても構わない。
本実施の形態において説明した燃焼圧力制御装置は、排気弁が配置されている領域に配置されているが、この形態に限られずに、吸気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。たとえば、吸気ポートの燃焼室の入口部に筒状部材を配置して、筒状部材とシリンダヘッドとの間に流体ばねが配置されていても構わない。吸気弁についても、本実施の形態における排気弁と同様に、棒状部が第１ステムおよび第２ステムを含み、第１ステムと第２ステムとを弾性部材を介して接続することができる。
本実施の形態においては、１つの弁に筒状部材等を配置した燃焼圧力制御装置について説明を行なったが、１つの燃焼室に複数の開閉弁が配置されている場合には、それぞれの開閉弁に対して筒状部材等を配置することができる。すなわち、一つの燃焼室に対して複数の筒状部材および複数の流体ばね等を配置することができる。
ところで、１つの燃焼室に複数の開閉弁が配置され、複数の開閉弁に対して、それぞれ筒状部材および流体ばね等が配置されている内燃機関では、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する部材の重量が互いに異なる場合がある。
例えば、吸気弁の傘部の径が、排気弁の傘部の径よりも大きい場合がある。このような吸気弁および排気弁を備える内燃機関において、吸気弁の側と排気弁の側との両方に筒状部材および流体ばね等が配置されている場合には、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する部材の総重量に応じて、応答性が互いに異なる場合がある。移動する部材は、流体ばね６３が縮むときに位置が変化する部材であり、たとえば、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂを含む。この移動する部材の総重量が大きいほど、燃焼室５の圧力上昇に対する移動の応答が遅くなる。
それぞれの開閉弁に対応して配置された移動する部材の総重量が互いに異なる場合には、移動する部材の総重量が大きいほど、ばね装置の弾性力を小さくすることができる。ばね装置が流体ばね６３を含む場合には、移動する部材の総重量が大きいほど、流体ばね６３の内部の圧力を小さくすることができる。たとえば、開閉弁の傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよび筒状部材６１の総重量が大きいほど流体ばね６３の内部の圧力を小さくすることができる。この構成を採用することにより、移動する部材の総重量が重い燃焼圧力制御装置の応答性を向上させることができる。１つの燃焼室に対して複数の筒状部材および流体ばね等を配置する場合に、それぞれの部材の移動の応答性をほぼ同じにすることができる。
たとえば、排気弁の傘部の径よりも吸気弁の傘部の径が大きい場合には、排気弁の側に配置されている流体ばねの封入圧力よりも吸気弁の側に配置されている流体ばねの封入圧力を小さくすることができる。または、内燃機関の種類によっては、排気弁の側の移動する部材の総重量が、吸気弁の側の移動する部材の総重量よりも重い場合があり、このような場合には、排気弁の側の流体ばねの封入圧力を吸気弁の側の流体ばねの封入圧力よりも小さくすることができる。このように、それぞれの開閉弁に対応して形成される燃焼圧力制御装置の移動する部材の総重量に応じて、流体ばねの内部の圧力を調整することができる。
本実施の形態におけるばね装置は流体ばねを含むが、この形態に限られず、ばね装置は、制御圧力に対応した付勢力を介在部材に加えることができる任意の装置を採用することができる。たとえば、ばね装置は、コイルスプリングのような機械ばねを含んでいても構わない。また、ばね装置が流体ばねを含む場合には、流体ばねの内部の圧力を調整する圧力調整装置を流体ばねに接続することができる。流体ばねの内部の圧力を変化させることにより、制御圧力を調整することができる。
本実施の形態における介在部材は、筒状に形成されている筒状部材を含むが、この形態に限られず、介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行な方向に移動可能に形成され、一方の端部が開閉弁の傘部に係止し、他方の端部が流体ばねに当接するように形成されていれば、任意の構造の部材を採用することができる。たとえば、介在部材は、開閉弁の傘部を係止する部分と、流体ばねを押圧する部分とが、棒状の部材で連結されている構造を有していても構わない。
実施の形態２
図１４から図２５を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。
図１４は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。図１５は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の筒状部材および管状部材の概略斜視図である。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、吸気弁が配置されている領域に配置されている。
図１４および図１５を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、筒状部材６１の移動量を制限する移動制限装置を備える。本実施の形態における移動制限装置は、移動制限部材としての管状部材６４を含む。本実施の形態における管状部材６４は、円管状に形成されている。管状部材６４は、筒状部材６１と対向して配置されている。管状部材６４は、筒状部材６１に向かって突出する凸部６４ａを有する。管状部材６４は、筒状部材６１に対向する側と反対側の端部がシリンダヘッド４に当接している。管状部材６４は、筒状部材６１に対向する側と反対側に移動しないように形成されている。
本実施の形態における筒状部材６１は、流体ばね６３が配置されている領域を超えて延びるように形成されている。筒状部材６１の燃焼室５に向かう側と反対側の端部には、段差部６１ｃが形成されている。本実施の形態においては、２段の段差部６１ｃが形成されている。段差部６１ｃのそれぞれの段差は、管状部材６４の凸部６４ａの形状に対応するように形成されている。
図１５を参照して、本実施の形態における移動制限装置は、管状部材６４を回転させる回転装置を備える。管状部材６４は、外周面に配置されているラックギヤ６４ｃを有する。ラックギヤ６４ｃは、管状部材６４の周方向に沿って延びるように配置されている。本実施の形態における移動制限装置は、ピニオンギヤ６７と、ピニオンギヤ６７を駆動するためのモータ６６とを含む。ピニオンギヤ６７はラックギヤ６４ｃと係合している。モータ６６は、電子制御ユニット３１により制御されている（図１参照）。モータ６６が駆動することにより、ピニオンギヤ６７が回転する。ピニオンギヤ６７の回転力がラックギヤ６４ｃに伝達されることにより、矢印２０２に示すように、管状部材６４が周方向に回転する。
図１６に、本実施の形態における管状部材の凸部と、筒状部材の段差部との位置関係を説明する概略正面図を示す。燃焼室５の圧力が制御圧力に到達することにより、筒状部材６１は、管状部材６４に向かって移動する。筒状部材６１の段差部６１ｃは、いずれかの段差が管状部材６４の凸部６４ａに当接する。凸部６４ａが、筒状部材６１の段差部６１ｃに当接することにより、筒状部材６１の移動が制限される。
図１６に示されている例においては、管状部材６４の凸部６４ａが、筒状部材６１の段差部６１ｃの最も深い部分に当接する。筒状部材６１は、移動量が最大になる。モータ６６により管状部材６４を回転することにより、凸部６４ａを段差部６１ｃの２番目に深い部分に当接させることができる。筒状部材６１の移動量を小さくすることができる。更に、管状部材６４を回転することにより、筒状部材６１の頂面に凸部６４ａを当接させることができる。筒状部材６１の移動量を最小にすることができる。本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材の移動量を段階的に制限することができる。
図１７に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。実線のグラフは、管状部材６４の凸部６４ａが筒状部材６１の段差部６１ｃの最も深い部分（第１段目）に当接した時のグラフである。破線のグラフは、凸部６４ａが段差部６１ｃの２番目に深い部分（第２段目）に当接したときのグラフである。一点鎖線のグラフは、凸部６４ａが筒状部材６１の頂面（第３段目）に当接したときのグラフである。それぞれの燃焼室の最大圧力Ｐｍａｘ１，Ｐｍａｘ２，Ｐｍａｘ３は、徐々に大きくなることが分かる。
このように、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置では、管状部材６４を回転させて、凸部６４ａの位置を変更することにより、筒状部材６１の移動量を変更することができる。燃焼室が到達する最大圧力を変化させることができる。筒状部材６１の移動量が大きな場合には、燃焼室が到達する最大圧力を小さく抑えることができる。また、筒状部材６１の移動量が小さな場合には、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、検出した内燃機関の運転状態に基づいて燃焼室が到達する最大圧力を選定する。選定した燃焼室の最大圧力に基づいて、筒状部材の移動量を変更することができる。
ここで、燃焼室の最大圧力を変更するための内燃機関の運転状態について、機関回転数を例に取り上げて説明する。図１を参照して、運転状態検出装置は、機関回転数を検出するためのクランク角センサ４２を含む。
図１８に、比較例の内燃機関の回転数と、ノッキング余裕点火時期との関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置を有していない内燃機関である。ノッキング余裕点火時期は、以下の式で表すことができる。
（ノッキング余裕点火時期）＝（ノッキングが発生する点火時期）−（出力トルクが最大になる点火時期）
ノッキング余裕点火時期は、その値が小さいほど異常燃焼が発生し易くなる。それぞれの内燃機関の回転数により、ノッキングの発生しやすさが異なる。このため、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、内燃機関の回転数に基づいて燃焼室の最大圧力を変更する。内燃機関は、概して内燃機関の回転数が高くなると燃焼期間が短くなるために、異常燃焼が発生しにくくなる。
図１９に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置において、内燃機関の回転数に対する燃焼室の最大圧力のグラフを示す。本実施の形態においては、内燃機関の回転数が高くなるほど、燃焼室の最大圧力を高く設定している。図１を参照して、本実施の形態においては、内燃機関の回転数を関数にした燃焼室の最大圧力を、予め電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶させておく。電子制御ユニット３１は、クランク角センサ４２により内燃機関の回転数を検出し、回転数に応じた燃焼室の最大圧力を選定する。電子制御ユニット３１は、管状部材６４が選定された燃焼室の最大圧力に対応する位置になるように、管状部材６４を回転させるモータ６６を制御する。図１９に示す例では、内燃機関の回転数が高くなるほど、筒状部材の移動量を小さくする制御を行うことができる。
また、本実施の形態における運転状態検出装置は、燃焼室に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出装置を含む。検出した燃料の性状に基づいて、燃焼室の最大圧力を変更することができる。たとえば、内燃機関の燃料にアルコールが含まれる場合がある。本実施の形態においては、燃料の性状としてアルコール濃度を検出する内燃機関を例に取り上げて説明する。この内燃機関の運転時の特性は、アルコール濃度に依存する。
図２０に、比較例の内燃機関における燃料に含まれるアルコール濃度と、遅角補正量との関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、異常燃焼が生じる場合に点火時期を遅角させている。図２０の横軸は、燃料に含まれるアルコール濃度を示し、縦軸は、異常燃焼が生じないように点火時期を遅角させるときの遅角補正量を示す。燃料に含まれるアルコール濃度が高くなるほど、遅角補正量が小さくなっている。このように、内燃機関は、アルコール濃度が高くなるほど異常燃焼が発生しにくくなる。このため、本実施の形態における燃焼圧力制御装置においては、燃料に含まれるアルコール濃度に基づいて燃焼室の最大圧力を変更する。
図２１に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置において、燃料に含まれるアルコール濃度に対する燃焼室の最大圧力のグラフを示す。アルコール濃度が高くなるほど、燃焼室の最大圧力を高く設定している。本実施の形態における燃料性状検出装置は、燃料に含まれるアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサを含む。図１を参照して、本実施の形態における内燃機関は、燃料供給流路に燃料性状センサ４５としてアルコール濃度センサが配置されている。アルコール濃度を関数にした要求する燃焼室の最大圧力を、予め電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶させておく。電子制御ユニット３１は、燃料に含まれるアルコール濃度を検出し、アルコール濃度に応じた燃焼室の最大圧力を選定する。電子制御ユニット３１は、管状部材６４が選定された燃焼室の最大圧力に対応する位置になるように、管状部材６４を回転させるモータ６６を制御する。図２１に示す例では、燃料に含まれるアルコール濃度が高くなるほど、筒状部材の移動量を小さくする制御を行うことができる。
本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、３段階で燃焼室の最大圧力を制御しているが、この形態に限られず、任意の数の段階の最大圧力を設定することができる。たとえば、筒状部材の段差部に、任意の数の段差を設けることができる。または、筒状部材は、段差部の代わりに連続的に高さが変化する傾斜部を含んでいても構わない。
内燃機関の運転状態としては、内燃機関の回転数および供給される燃料の性状の他に、吸気温度、内燃機関の冷却水温度、点火する直前における燃焼室の温度等を例示することができる。これらの温度が低いほど、燃焼室の最大圧力を高く設定することができる。たとえば、内燃機関は、点火する時の混合気の温度が低いほど異常燃焼が生じにくい。更に、内燃機関の圧縮比が可変の場合には、圧縮比が低いほど点火する時の温度が低くなる。このため、圧縮比が低いほど、燃焼室の最大圧力を高くすることができる。
燃料の性状としては、アルコール濃度の他に、ガソリンのオクタン価等の耐ノッキング性を示す指標を例示することができる。たとえば、オクタン価が高い燃料等の異常燃焼が生じにくい燃料が燃焼室に供給されたことを検出して、燃焼室の最大圧力を高くすることができる。
このように、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を変更することにより、異常燃焼の発生を抑制しながら、燃焼室の最大圧力を大きくすることができる。運転状態に応じて、異常燃焼の発生を抑制しながら、出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を抑制したりすることができる。
また、本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材に段差部を形成し、管状部材に凸部を形成しているが、この形態に限られず、管状部材に段差部を形成し、筒状部材に凸部を形成しても構わない。また、本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材の端面に対向する管状部材を含むが、この形態に限られず、筒状部材の移動量を制限する任意の装置を採用することができる。例えば、図１４を参照して、回転可能な移動制限装置をシリンダヘッド４の内部に配置し、シリンダヘッド４の内部から筒状部材の上側に突出部を突出させる。この突出部を段差部に接触させることにより、筒状部材の移動量を制限することができる。
図１４および図１５を参照して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備える。本実施の形態における遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されている。本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材６４に取り付けられた遮蔽部材６４ｂを含む。また、本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材６４を回転させるモータ６６を含む。
本実施の形態における遮蔽部材６４ｂは、管状部材６４と一体的に移動するように形成されている。遮蔽部材６４ｂは、板状に形成されている。本実施の形態における遮蔽部材６４ｂは、断面形状が円弧状に形成されている。遮蔽部材６４ｂは、管状部材６４が回転することにより、筒状部材６１に形成された開口部６１ａの一部を遮蔽することができるように形成されている。
図２２に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の概略断面図を示す。図２２は、内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。燃焼室５には、機関吸気通路としての吸気ポート７を通って空気および燃料の混合気が導入される。燃焼室５において燃料の燃焼により生じた排気ガスは、機関排気通路としての排気ポート９を通って排出される。
本実施の形態においては、シリンダヘッド４に燃焼室５の入口部７ａ，７ｂが形成されている。また、シリンダヘッド４に燃焼室５の出口部９ａ，９ｂが形成されている。本実施の形態における内燃機関は、１つの燃焼室５に対して２つの吸気弁６および２つの排気弁８が配置されている。１つの燃焼室５に配置される吸気弁および排気弁の数は、この形態に限られず、任意の数を採用することができる。
図２２に示す内燃機関の例においては、燃焼室５の入口部７ａおよび入口部７ｂのうち、入口部７ａに対応して燃焼圧力制御装置の遮蔽装置が配置されている。図１５を参照して、モータ６６を駆動することにより、管状部材６４および遮蔽部材６４ｂが回転する。遮蔽部材６４ｂが回転することにより、筒状部材６１の開口部６１ａの一部が遮蔽される。機関吸気通路の流路断面積が小さくなる。
図２２を参照して、燃焼室５には、矢印２０４に示すように入口部７ａから混合気が流入する。また、燃焼室５には、矢印２０３に示すように入口部７ｂから混合気が流入する。入口部７ａに通じる吸気ポート７に遮蔽部材６４ｂが配置されることにより、入口部７ａに通じる機関吸気通路の流路断面積が小さくなる。入口部７ａから流入する混合気の流量が小さくなる。
これに対して、燃焼室５の入口部７ｂにおいては、遮蔽部材６４ｂが配置されていないために、入口部７ｂから流入する混合気の流量は、入口部７ａから流入する混合気の流量よりも大きくなる。このために、矢印２０３に示すように、燃焼室５において周方向に沿って回転する流れが促進される。すなわち、燃焼室５においてスワール流を促進することができる。
図２３に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える他の内燃機関の概略断面図を示す。図２３は、他の内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。他の内燃機関においては、燃焼室５の入口部７ａおよび入口部７ｂの両方に対応して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置が取り付けられている。他の内燃機関においては、スワール流を強化するために、入口部７ａに通じる吸気ポート７が湾曲している。
他の内燃機関において、入口部７ａおよび入口部７ｂのそれぞれに配置されている遮蔽装置の遮蔽部材６４ｂにより、それぞれの吸気ポート７の通路の一部が遮蔽される。入口部７ａに対応して配置されている遮蔽部材６４ｂおよび入口部７ｂに対応して配置されている遮蔽部材６４ｂは、燃焼室５を平面視したときの略円形状の中心に近い領域に配置されている。それぞれの吸気ポート７は、燃焼室５の外周に近接する領域が開口している。このため、入口部７ａを通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０５に示すように、燃焼室５の周方向の流れを促進する。また、入口部７ｂを通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０６に示すように、燃焼室５の周方向の流れを促進する。このように、他の内燃機関においても周方向の流れを促進することができる。
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の遮蔽部材６４ｂは、開口部６１ａの高さ方向の全体を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、開口部６１ａの高さ方向の一部を遮蔽するように形成されていても構わない。また、遮蔽部材６４ｂは、開口部６１ａの全体を遮蔽するように形成されていても構わない。また、遮蔽装置の遮蔽部材は、機関吸気通路が燃焼室に接続される角度や形状に応じて、スワール流を形成する任意の形状を採用することができる。
図２４は、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の筒状部材と管状部材との部分の概略斜視図である。第２の燃焼圧力制御装置においては、管状部材６４に開口部６１ａの高さ方向の長さが短い遮蔽部材６４ｂが取り付けられている。第２の燃焼圧力制御装置は、燃焼室５における軸方向の流れを促進する。第２の燃焼圧力制御装置における遮蔽部材６４ｂは、筒状部材６１の開口部６１ａのうち上部を遮蔽するように形成されている。本実施の形態においては、遮蔽部材６４ｂが開口部６１ａの略上半分を遮蔽する。この時には、開口部６１ａの略下半分が開口する。
図２５に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の概略断面図を示す。図２５は、遮蔽装置によって機関吸気通路の一部を遮蔽したときの概略断面図である。遮蔽部材６４ｂにより筒状部材６１の開口部６１ａの上部を遮蔽することにより、機関吸気通路が吸気ポート７の下部の領域に制限される。吸気ポート７を通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０７に示すように、水平方向の速度成分が大きくなる。この結果、燃焼室５の軸方向の流れを促進することができる。すなわち、燃焼室５においてタンブル流を促進することができる。
本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の遮蔽部材は、開口部６１ａの幅方向のうち一部を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、開口部６１ａの幅方向の全体を覆う様に形成されていても構わない。また、遮蔽装置の遮蔽部材は、機関吸気通路が燃焼室に接続される角度や形状に応じて、ダンブル流を形成する任意の形状を採用することができる。
また、本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材に遮蔽部材が取り付けられており、遮蔽部材が回転することにより、遮蔽部材が筒状部材の開口部を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽することにより、燃焼室においてスワール流やダンブル流等の攪拌流が促進されるように形成されていれば構わない。
ところで、内燃機関が運転状態検出装置を備える場合には、検出した運転状態に応じてスワール流やダンブル流などの攪拌流れを形成することができる。
内燃機関は、所定の運転状態において失火の虞が生じる場合がある。たとえば、排気ガスの再循環装置を備える内燃機関、または燃焼時の空燃比を大きくした状態で燃焼を行なう内燃機関（例えばリーンバーンエンジン）等では、失火の虞が生じる場合がある。これらの排気ガスの再循環装置を備える内燃機関や、空燃比を大きく制御する内燃機関においては、吸気損失や排気損失を減少させることができて熱効率が向上する。すなわち、ポンピングロスが小さくなって熱効率が向上する。ところが、このような内燃機関においては、燃料が燃焼するときの空燃比が大きくなるために燃焼速度が遅くなる。このために燃焼室において失火が生じ易くなる。
失火の虞が生じる内燃機関においては、燃焼室の内部でスワール流やダンブル流などの攪拌流れを形成することにより、燃焼速度を大きくして失火を抑制することができる。一方で、燃焼室においてスワール流やタンブル流等を形成すると、燃焼速度が大きくなるために熱効率が低くなる。燃焼速度が大きいと燃焼したときの燃焼ガスの最高温度が高くなる。このため、燃焼室から外部に放出される熱量が大きくなって熱効率が低くなる。
図１５および図２４を参照して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置および第２の燃焼圧力制御装置は、移動制限装置および遮蔽装置を備えている。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、遮蔽装置により燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、筒状部材の移動量を小さく制限するように形成されている。すなわち、燃焼室における攪拌流が強く促進されるほど、燃焼室の最高圧力が高くなるように形成されている。このために、攪拌流を促進して失火を抑制しながら、熱効率を高くすることができる。
図１を参照して、本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの再循環装置を備える。排気ガスの再循環装置は、ＥＧＲガス導管２６およびＥＧＲ制御弁２７を含む。排気ガスの再循環率は、ＥＧＲ制御弁２７の開度を変更することにより調整することができる。本実施の形態においては、運転状態検出装置が、排気ガスの再循環率を検出する。排気ガスの再循環率は、エアフローメータ１６の出力値およびＥＧＲ制御弁の開度等に基づいて推定することができる。
本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの再循環率を大きくした場合には、遮蔽装置により、機関吸気通路の流路断面積を小さくして燃焼室における攪拌流を促進することができる。攪拌流を促進することにより失火を抑制できる。さらに、移動制限装置により筒状部材の移動量を小さくして、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることにより、熱効率の改善を図ることができる。
また、本実施の形態における内燃機関は、燃焼時の空燃比が大きくなるように制御することができる。本実施の形態においては、運転状態検出装置が、燃焼時の空燃比を検出する。燃焼時の空燃比は、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量およびエアフローメータ１６の出力値等に基づいて推定することができる。本実施の形態における内燃機関は、燃焼時の空燃比を大きくした場合には、遮蔽装置により、機関吸気通路の流路断面積を小さくして燃焼室における攪拌流を促進することができる。攪拌流を促進することにより失火を抑制できる。さらに、移動制限装置により筒状部材の移動量を小さくして、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることにより、熱効率の改善を図ることができる。
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室において形成される攪拌流を促進すると共に燃焼室において到達する最大圧力を高くすることができる。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、筒状部材の移動量を制限する移動制限装置と、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置との両方を備えるが、この形態に限られず、燃焼圧力制御装置は、一方のみを備えていても構わない。たとえば、遮蔽装置を含まずに移動制限装置を含む燃焼圧力制御装置が、排気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
実施の形態３
図２６から図３５を参照して、実施の形態３における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態においては、排気弁が配置されている領域に配置されている燃焼圧力制御装置を例に取り上げて説明する。
図２６に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。排気ポート９が燃焼室５に接続される部分に、枠部材６０、筒状部材６１および流体ばね６３が配置されていることは、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置と同様である（図２参照）。本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置は、排気弁８の第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間にコイルスプリングが配置されていない。排気弁８の棒状部は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが一体化されている。
図２７に、排気弁を駆動するカムおよびロッカーアームの部分の概略斜視図を示す。図２６および図２７を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁を閉じたり開いたりするためのカムを備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気弁８を駆動する排気カム９０を備える。
排気カム９０は、カムシャフト９２に支持されている。矢印２０９に示すように、カムシャフト９２が回転することにより、排気カム９０が回転する。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気カム９０の駆動力を伝達する伝達部材としてのロッカーアーム９３を備える。ロッカーアーム９３は、ロッカーシャフト９４に支持されている。ロッカーアーム９３は、矢印２０８に示すように、ロッカーシャフト９４を揺動中心として揺動するように形成されている。ロッカーアーム９３は、排気弁８を押圧する押圧部９３ａを有する。押圧部９３ａは、排気弁８の第２ステム５５ｃの端部を押圧するように形成されている。
本実施の形態におけるロッカーアーム９３は、排気カム９０に当接する当接部９５を有する。当接部９５は、排気カム９０に向かって突出する突出部９５ａを有する。本実施の形態における突出部９５ａは、排気カム９０の幅方向に延びるように形成されている。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、クランク角度に対して排気カムの位相を変化させる可変動弁機構を備える。すなわち、気筒におけるピストン３の位置に対して排気カムの位相を変化させる可変動弁機構を備える。本実施の形態においては、可変動弁機構として可変バルブタイミング装置７０を備える。可変バルブタイミング装置７０は、カムシャフト９２の端部に取り付けられている。可変バルブタイミング装置７０は、電子制御ユニット３１の出力ポート３６に接続されている。可変バルブタイミング装置７０は、電子制御ユニット３１により制御されている（図１参照）。
図２８に、本実施の形態における可変バルブタイミング装置の概略図を示す。本実施の形態における可変バルブタイミング装置７０は、機関本体のクランクシャフトに係合しているタイミングベルトにより矢印２０９の方向に回転するタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と共に回転する円筒状ハウジング７２とを備える。可変バルブタイミング装置７０は、カムシャフト９２と共に回転し、かつ円筒状ハウジング７２に対して相対的な回転が可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４同士の間で、回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを備えている。ベーン７５の両側には、それぞれ進角用の油圧室７６と遅角用の油圧室７７とが形成されている。
可変バルブタイミング装置７０は、それぞれの油圧室７６，７７に作動油を供給する供給装置を含む。供給装置は、作動油供給制御弁７８を含む。作動油供給制御弁７８は、油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通および遮断の制御を行うスプール弁８５とを含んでいる。
カムシャフト９２に固定された排気カム９０の位相を進角すべきときは、図２８においてスプール弁８５を右方に移動する。供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用の油圧室７６に供給されると共に、遅角用の油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印２０９の方向に相対的に回転される。
これに対し、カムシャフト９２に固定された排気カム９０の位相を遅角すべきときは、図２８においてスプール弁８５を左方に移動する。供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用の油圧室７７に供給されると共に、進角用の油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印２０９と反対方向に相対的に回転される。
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対的に回転しているときにスプール弁８５が中立位置に戻されることにより、回転軸７３の回転動作が停止する。回転軸７３は、そのときの位置に保持される。従って可変バルブタイミング装置７０によって、カムシャフト９２に固定されている排気カム９０の位相を所望の量だけ進角させることができる。または、排気カム９０の位相を所望の量だけ遅角させることができる。
このように、可変バルブタイミング装置を駆動することにより、所定の角度の範囲内でクランク角度に対する排気カム９０の位相を変化させることができる。なお、可変動弁機構は、上記の可変バルブタイミング装置に限られず、カムの位相を調整することができる任意の装置を採用することができる。
図２９に、本実施の形態における排気カムの拡大概略断面図を示す。排気カム９０は、断面形状が略円形のベースサークル部９０ａと、ベースサークル部９０ａから外側に膨らむカムノーズ部９０ｂを有する。ベースサークル部９０ａからの径方向の膨らみ量をカムリフト量Ｌと称すると、カムノーズ部９０ｂではカムリフト量Ｌが正の値になる。図２６を参照して、カムノーズ部９０ｂが、当接部９５の突出部９５ａを押圧することにより、ロッカーアーム９３が揺動する。ロッカーアーム９３の押圧部９３ａが排気弁８を押圧することにより、排気弁８が開いた状態になる。
図２９を参照して、本実施の形態における排気カム９０は、外周面の一部に凹んだ凹部９０ｃを有する。凹部９０ｃが形成されている範囲では、カムリフト量Ｌは、負の値になる。本実施の形態における凹部９０ｃは、排気カム９０の位相が遅角側に設定され、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間中に、排気弁８が燃焼室５から遠ざかる向きに自由に移動できる深さおよび位相で形成されている。
図２６を参照して、排気カム９０の位相が遅角側に設定され、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達すると流体ばね６３が縮む。排気弁８は、燃焼室５から遠ざかる向きに移動する。排気弁８の先端部が、ロッカーアーム９３の押圧部９３ａを持ち上げる。このときに、当接部９５の突出部９５ａが排気カム９０の凹部９０ｃの内部に配置される。突出部９５ａと凹部９０ｃの底面との間に隙間が生じている。このように、凹部９０ｃは、流体ばね６３が縮んでいる期間中に、流体ばね６３の縮み量に合わせて開閉弁が移動できるように形成されている。
図３０に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置のタイムチャートを示す。排気カムのカムリフト量については、排気カムを遅角側の位相に設定した場合と排気カムを進角側の位相に設定した場合とについて記載している。図３０に示す例においては、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間が、燃焼室の圧力が制御圧力以上になっており、流体ばね６３が縮んでいる。
排気カムの位相を遅角側に設定した場合には、点火した後に圧力が上昇するまでの期間では、カムリフト量がほぼ零である。燃焼室の圧力上昇に伴ってカムリフト量が減少する。図３０に示す例では、時刻ｔ１になるまでに排気カムのカムリフト量Ｌが最小になっている。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間では、最小のカムリフト量が維持されている。排気カムの位相を遅角側に設定した場合には、燃焼室の圧力が制御圧力に到達するまでに、当接部９５の突出部９５ａと凹部９０ｃとの間に隙間が形成される。排気弁８の拘束が解除される。流体ばね６３が縮む量に対応して排気弁８が持ち上げられる。このために、排気カムの位相を遅角側に設定した場合の燃焼室の圧力は、実施の形態１に示したように流体ばね６３が縮んでいる期間においては、ほぼ一定に保たれる（たとえば図５参照）。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、運転状態検出装置を備える。運転状態検出装置が運転状態を検出し、所定の運転状態において、燃焼室の最大圧力を上昇させる制御を行う。本実施の形態における燃焼圧力制御装置では、燃焼室の最大圧力を上昇させる場合には、可変バルブタイミング装置７０により排気カム９０の位相を進角させる。
可変バルブタイミング装置７０により、排気カム９０の位相を進角させることにより、矢印２１１に示すように、排気カムのリフト量が負になる時刻が早くなる。排気カム９０の凹部９０ｃの位相が進角する。このため、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間の後半部分において、当接部９５の突出部９５ａを排気カム９０の凹部９０ｃの壁面に接触させることができる。排気カム９０の凹部９０ｃの壁面により当接部９５が押圧される。このために、排気弁８の燃焼室５から離れる向きへの移動が制限される。排気弁８がロッカーアーム９３を介して押圧される。排気弁８が燃焼室５に向かって移動する。燃焼室５の容積が小さくなり、燃焼室５の圧力が上昇する。
図３０に示す運転制御例においては、時刻ｔ２において当接部９５の突出部９５ａが凹部９０ｃの壁面に接触している。時刻ｔ２において、突出部９５ａと排気カム９０の凹部９０ｃとの隙間が零になっている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、排気弁８が燃焼室５に向かって移動している。この移動に伴って流体ばね６３の縮み量が、排気カム９０の位相を遅角側に設定した場合よりも急激に減少して零に近づいている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間においては、燃焼室５の圧力が上昇している。
このように、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、可変バルブタイミング装置によりカムの位相を変化させることにより、流体ばねが縮んでいる期間中に排気弁の移動量を制限することができる。本実施の形態の燃焼圧力制御装置においても、実施の形態２における燃焼圧力制御装置と同様に、運転状態検出装置により検出した運転状態に応じて、燃焼室の最大圧力を調整することができる。
図３０に示す運転制御例においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間のうち、流体ばねの縮み量が減少している期間に排気弁の移動量を制限している。排気カムの位相を進角することにより、燃焼室の最大圧力を上昇させているが、この形態に限られず、排気カムの位相を遅角することにより、排気カムの凹部の壁面にロッカーアームの当接部を接触させて、燃焼室の最大圧力を上昇させても構わない。すなわち、流体ばねの縮み量が増加している期間に排気弁の移動量を制限しても構わない。しかし、流体ばねの縮み量が減少している期間に排気弁の移動量を制限することにより、排気カムの凹部とロッカーアームの当接部との摩擦を小さくすることができる。または、排気カムを回転するためのトルクを小さくすることができる。
図３１に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の排気カムおよびロッカーアームの部分の概略斜視図を示す。本実施の形態の第２の燃焼圧力制御装置は、排気弁８を駆動するための第１の排気カム９０および第２の排気カム９１を備え、２つの排気カムが切り替え可能に形成されている。ロッカーアーム９３は、第１の排気カム９０に当接する当接部９５と、第２の排気カム９１に当接する当接部９６とを有する。本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置は、可変バルブタイミング装置を備えていないが、この形態に限られず、可変バルブタイミング装置を備えていても構わない。
第１の排気カム９０は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の排気カム９０と同様である（図２９参照）。第１の排気カム９０には凹部９０ｃが形成され、凹部９０ｃは、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間に、排気弁８の移動を拘束しないように形成されている。
図３２に、本実施の形態における第２の排気カムの概略断面図を示す。本実施の形態における第２の排気カム９１は、断面形状が略円形のベースサークル部９１ａ、カムノーズ部９１ｂおよび凹部９１ｃを有する。第２の排気カム９１の凹部９１ｃは、第１の排気カム９０の凹部９０ｃよりも浅く形成されている。第２の排気カム９１の凹部９１ｃの底部における負のリフト量Ｌの大きさ（絶対値）は、第１の排気カム９０の凹部９０ｃの底部のリフト量Ｌの大きさ（絶対値）よりも小さくなっている。凹部９１ｃは、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に排気弁を駆動する領域または位相に形成されている。さらに、凹部９１ｃは、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に、排気弁８の移動を拘束するように浅く形成されている。
図３１を参照して、本実施の形態の燃焼圧力制御装置は、排気弁８を作動させるためのカムとして、第１の排気カム９０と第２の排気カム９１とを切替える切替え装置９７を備える。本実施の形態におけるカムの切替え装置９７は、第２の排気カム９１の駆動力をロッカーアーム９３に伝達したり解除したりすることができるように形成されている。第２の排気カム９１の駆動力がロッカーアーム９３に伝達されるときには、第１の排気カム９０の駆動力の伝達は解除される。
図３３に、本実施の形態におけるカムの切替え装置の第１の概略断面図を示す。図３３は、第２の排気カム９１の駆動力の伝達が解除されているときの概略断面図である。本実施の形態におけるカムの切替え装置は、筐体１１０を備える。筐体１１０の内部には、ストッパー部材１１１が配置されている。ストッパー部材１１１は、断面形状がコの字型に形成されている。ストッパー部材１１１は、筐体１１０の内部で移動可能に形成されている。
ストッパー部材１１１の内部には、ばね１１４が配置されている。ばね１１４の先端には、押圧部材１１２が配置されている。ばね１１４は、押圧部材１１２を押す向きに付勢している。ストッパー部材１１１は、支持部材１１３に向かう側と反対側に押圧されている。
本実施の形態における切替え装置は、当接部９６に固定されている支持部材１１３を含む。支持部材１１３は、筐体１１０に支持されている。支持部材１１３は、筐体１１０に対して軸方向に移動可能に形成されている。ストッパー部材１１１の端面１１１ａは、支持部材１１３に当接している。また、押圧部材１１２の端面も支持部材１１３に当接している。当接部９６は、ばね１１５により、当接部９６が排気カム９１に向かう側に付勢されている。当接部９６は、筐体１１０から飛び出す向きに付勢されている。当接部９６および支持部材１１３は、矢印２１０に示すように、支持部材１１３が延びる方向に自由に移動する。
図３１および図３３を参照して、第２の排気カム９１が当接部９６を押圧することにより、ばね１１５が縮んで当接部９６が押し下げられる。図３３は、当接部９６が押し下げられた状態を示している。第２の排気カム９１の駆動力は、当接部９６および支持部材１１３の移動により吸収される。第２の排気カム９１とロッカーアーム９３との連結が解除される。この場合には、ロッカーアーム９３は、第１の排気カム９０により駆動される。
カムの切替え装置９７の筐体１１０には、油路１１０ａが形成されている。油路１１０ａは、ストッパー部材１１１が配置されている空間に作動油を供給できるように形成されている。油路１１０ａは、例えば、ロッカーシャフト９４の内部に形成された油路を介して作動油供給装置１１６に接続されている。筐体１１０の内部には、矢印２１２に示す向きにストッパー部材１１１を押圧するために作動油が供給される。
図３４に、本実施の形態におけるカムの切替え装置の第２の概略断面図を示す。図３４は、第２の排気カム９１の駆動力が伝達されているときの概略断面図である。作動油供給装置１１６により、油路１１０ａを通じて加圧されたオイルが筐体１１０の内部に供給される。ばね１１４の付勢力よりも大きな作動油の押圧力により、ストッパー部材１１１が矢印２１２に示す向きに移動する。当接部９６が上昇しているときに、ストッパー部材１１１が移動することにより、ストッパー部材１１１の一部分が、支持部材１１３の下側に配置される。このため、当接部９６および支持部材１１３が第２の排気カム９１から離れる向きに移動することが制限される。
この場合に、図３１を参照して、第２の排気カム９１による駆動力がロッカーアーム９３に伝達される。第１の排気カム９０および第２の排気カム９１は、ベースサークル部９０ａ，９１ａおよびカムノーズ部９０ｂ，９１ｂは互いに略同一形状である。ところが、第２の排気カム９１の凹部９１ｃは、排気弁８の移動量を制限するように形成されている。当接部９６の突出部９６ａが第２の排気カム９１の凹部９１ｃに接触する。燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間において、排気弁８の燃焼室の外側に向かう移動を制限することができる。排気弁８は、第２の排気カム９１により押圧される。流体ばねの縮み量および筒状部材の移動量を制限することができる。この結果、燃焼室５が到達する最大圧力を高くすることができる。一方で当接部９５の突出部９５ａは、第１の排気カム９０の凹部９０ｃから離れている状態である。第１の排気カム９０の駆動力の伝達が解除される。
図３５に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の燃焼室の圧力のグラフを示す。第１の排気カム９０により排気弁を駆動した場合よりも第２の排気カム９１により排気弁を駆動した場合の方が、燃焼室の到達する最大圧力が大きくなることが分かる。
本実施の形態の第２の燃焼圧力制御装置においては、排気カムを切替えることにより、燃焼室が到達する最大圧力を調整することができる。たとえば、運転状態検出装置により内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定することができる。
本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置は、第２の排気カムの駆動力を伝達したり解除したりするように形成されているが、この形態に限られず、カムの切替え装置は、複数のカムを切替えることができる任意の装置を採用することができる。また、本実施の形態においては、２個のカムが配置されているが、この形態に限られず、３個以上のカムが配置されていても構わない。
本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置および第２の燃焼圧力制御装置においては、排気カムの駆動力を、ロッカーアームを介して排気弁に伝達しているが、この形態に限られず、ロッカーアームを介さずに、排気弁の駆動力を直接的に排気弁に伝達するように形成されていても構わない。
また、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、開閉弁としての排気弁、およびカムとしての排気カムを備える例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、開閉弁として吸気弁、およびカムとして吸気カムを備えていても構わない。すなわち、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、吸気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
実施の形態４
図３６から図４０を参照して、実施の形態４における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態においては、吸気弁および排気弁のうち、排気弁が配置されている領域に取り付けられている燃焼圧力制御装置を例に取り上げて説明する。
図３６は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の概略断面図である。排気ポート９が燃焼室５に接続される部分に、枠部材６０、筒状部材６１および流体ばね６３が配置されていることは、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置と同様である（図２参照）。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁としての排気弁８を開閉する駆動装置が実施の形態１と異なる。本実施の形態における燃焼圧力制度装置は、排気弁８を駆動するための電磁駆動装置１２０を備える。電磁駆動装置１２０は電磁石を含み、電磁石の磁力により排気弁８を開くことができる。
本実施の形態における電磁駆動装置１２０は、筐体１２８を含む。本実施の形態における筐体１２８は、シリンダヘッド４に固定されている。筐体１２８の内部には、上側コア１２１と下側コア１２２とが配置されている。上側コア１２１および下側コア１２２は、磁性体で形成されている。上側コア１２１および下側コア１２２は、筐体１２８に固定されている。上側コア１２１の内部には、上側コイル１２３が配置されている。さらに下側コア１２２の内部には、下側コイル１２４が配置されている。上側コイル１２３は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１２６に接続されている。下側コイル１２４は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１２７に接続されている。それぞれの電力供給装置１２６，１２７は、電子制御ユニット３１に制御されている。
排気弁８の第２ステム５５ｃは、上側コア１２１および下側コア１２２を貫通している。第２ステム５５ｃは、上側コア１２１および下側コア１２２の内部を移動可能に形成されている。バルブスプリング５１を固定するためのスプリングリテーナ１２５は、排気弁８の第２ステム５５ｃに固定されている。
電磁駆動装置１２０は、第２ステム５５ｃに固定されている可動子１２９を含む。可動子１２９は、上側コア１２１と下側コア１２２との間に配置されている。可動子１２９は、磁性体で形成されている。排気弁８は、矢印２０１に示す向きに移動する。上側コイル１２３および下側コイル１２４に通電されていない状態では、排気弁８は、バルブスプリング５１の付勢力により閉じている。排気弁８を開くときには、下側コイル１２４に通電して下側コア１２２を励磁する。可動子１２９が下側コア１２２に引き寄せられる。第２ステム５５ｃが燃焼室の側に向かって移動することにより排気弁８を開くことができる。なお、電磁駆動装置は、上記の形態に限られず、磁力により開閉弁の開閉を行なうことができる任意の電磁駆動装置を採用することができる。
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに流体ばね６３が縮み、筒状部材６１および傘部５５ａが移動することにより、燃焼室５の圧力上昇が抑制される。さらに、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間中に、電磁駆動装置１２０を駆動することにより燃焼室５の圧力を調整することができる。
上記の実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達して、傘部５５ａが移動したときにコイルスプリング５４が縮むように形成されているが、この形態に限られず、燃焼圧力制御装置は、コイルスプリング５４を含んでおらず、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが互いに固定されていても構わない。すなわち、ステムが一体化されていても構わない。この燃焼圧力制御装置においては、上側コア１２１と可動子１２９との間に隙間を形成する。隙間は、流体ばね６３が縮んだときの可動子１２９の移動量よりも大きく形成する。すなわち、傘部５５ａが自由に移動できるように隙間を形成する。燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときには、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが、燃焼室から離れる向きに一体的に移動する。このときには、流体ばね６３が縮むことにより、燃焼室の圧力を制御することができる。
図３７に、筒状部材および流体ばね等を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。図３７は、たとえば、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼圧力制御装置の応答遅れに起因して、燃焼室の圧力にオーバーシュートが生じる場合がある。燃料が燃焼したときに、流体ばね６３の縮む動作および筒状部材６１の移動が、燃焼室５の圧力上昇から遅れる場合がある。このために、燃焼室５の圧力が一時的に制御圧力を超える場合がある。
また、燃焼室の圧力が制御圧力から下降するときに、燃焼圧力制御装置の応答遅れに起因して、燃焼室の圧力にアンダーシュートが生じる場合がある。燃焼室の圧力が制御圧力から下降する場合に、流体ばね６３の伸びる動作および筒状部材６１の移動が、燃焼室の圧力降下から遅れる場合がある。このために、燃焼室５の圧力が、一時的に過剰に下がる場合がある。
図３８に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置における第１の運転制御のタイムチャートを示す。通常の運転時において、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中には、上側コイル１２３および下側コイル１２４には通電を行なっていない。時刻ｔ１において燃焼室の圧力が制御圧力に到達している。本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、時刻ｔ１から上側コイル１２３に対して短時間の通電を行なう。または、パルス状の通電を行なう。上側コイル１２３に通電することにより、上側コア１２１が励磁される。可動子１２９が燃焼室から離れる向きに引き寄せられる。この結果、排気弁８に対して、燃焼室５の容積が大きくなり、圧力が小さくなる方向に力を印加することができる。このために、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときのオーバーシュートを抑制することができる。
また、燃焼室の圧力は、時刻ｔ２において下がり始めている。本実施の形態の第１の運転制御においては、時刻ｔ２から下側コイル１２４に短時間の通電を行なう。または、パルス状の通電を行なう。下側コイル１２４に通電することにより、下側コア１２２が励磁される。可動子１２９が燃焼室に向かう方向に引き寄せられる。排気弁８に対して、燃焼室５の容積が小さくなり、燃焼室５の圧力が大きくなる方向に力を印加することができる。このため、燃焼室５の圧力が制御圧力から下がり始めるときのアンダーシュートを抑制することができる。ところで、アンダーシュートを抑制するために下側コイル１２４に通電する場合には、下側コイル１２４の通電量が大きすぎると排気弁８が開く虞が生じる。このために、下側コイル１２４の通電は、開閉弁が開く通電量未満で行なうことが好ましい。
本実施の形態においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに上側コイルに通電を行っている。また、燃焼室の圧力が減少し始めるときに下側コイルに通電を行なっている。通電する時期については、この形態に限られず、燃焼室の圧力が制御圧力に到達する時刻の近傍において、上側コイルに通電することができる。または、燃焼室の圧力が下がり始める時刻の近傍において、下側コイルに通電することができる。
図３９に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の第２の運転制御のタイムチャートを示す。第２の運転制御においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間において、開閉弁を燃焼室の外側に向かう方向に付勢するコイルに通電を行なう。第２の運転制御においては、圧縮行程において燃焼室の圧力が上がり始める時刻ｔ１から膨張行程において燃焼室の圧力の降下が終了する時刻ｔ４まで、上側コイル１２３に通電を行なっている。
上側コイル１２３に通電を行なうことにより、上側コア１２１が励磁される。可動子１２９は、上側コア１２１に引き寄せられる。可動子１２９は、燃焼室から遠ざかる向きに付勢される。排気弁８は、燃焼室５の容積が大きくなる方向に付勢力が付与される。このために、流体ばね６３が縮み始めるときの燃焼室の圧力である制御圧力を低くすることができる。例えば、運転状態検出装置により運転状態を検出し、それぞれの運転状態に応じて、制御圧力を変更することができる。
また、上側コイルに通電する通電量を調整することにより、制御圧力を任意に調整することができる。例えば、上側コイルに通電する通電量を大きくすることにより、燃焼室の制御圧力をより低くすることができる。
本実施の形態における第２の運転制御においては、燃焼室の圧力上昇が開始する時期から燃焼室の圧力降下が終了する時期まで通電を行なっている。通電時期については、この形態に限られず、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間のうち少なくとも一部の期間に、上側コイルに通電を行なうことができる。たとえば、燃焼室の圧力が制御圧力に到達する直前から燃焼室の圧力が制御圧力から降下し始めた直後までの期間において、上側コイルに通電を行なうことができる。
ところで、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間以外の期間に通電を行なう場合には、上側コイルの通電量が大きすぎると、上側コイルの磁力により筒状部材が移動する虞が生じる。このために、上側コイルの通電量は、筒状部材が移動する通電量未満であることが好ましい。
図４０に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の第３の運転制御のタイムチャートを示す。第３の運転制御においては、流体バネが伸びて元の状態に戻る直前に上側コイルに通電する制御を行なっている。
本実施の形態の第３の運転制御においては、時刻ｔ１において筒状部材６１が燃焼室５から離れる向きに移動して流体ばね６３が縮む。この後に、筒状部材６１が燃焼室５に向かう側に移動して流体ばね６３が伸びる。時刻ｔ２において、筒状部材６１が元の位置に戻っている。時刻ｔ２において、筒状部材６１の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに着底するときに、騒音や振動が発生する場合がある。
本実施の形態の第３の運転制御においては、筒状部材６１の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに到達する直前に、排気弁８を閉じる向きに付勢するコイルに通電を行なう。本実施の形態においては、時刻ｔ２の直前に短時間で上側コイル１２３に通電を行なっている。または、パルス状に通電を行っている。この制御を行なうことにより、筒状部材６１が枠部材６０の係止部６０ｂに着底するときの速度を遅くすることができ、筒状部材６１が着底するときに生じる騒音や振動を抑制することができる。また、振動等により燃焼室の圧力が不安定になることを抑制できる。
本実施の形態の第３の運転制御においては、筒状部材が枠部材の係止部に着底する直前に上側コイルの通電を行なっているが、この形態に限られず、筒状部材が燃焼室に向かって移動している期間中に、上側コイルに通電を行なっても構わない。この制御においても、筒状部材が着底するときの筒状部材の速度を小さくすることができて騒音や振動を抑制することができる。
上記の第１の運転制御から第３の運転制御に示すように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することができる。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０００９】
１  機関本体
４  シリンダヘッド
５  燃焼室
６  吸気弁
７  吸気ポート
８  排気弁
９  排気ポート
３１  電子制御ユニット
４５  燃料性状センサ
５１  バルブスプリング
５４  コイルスプリング
５５ａ  傘部
５５ｂ  第１ステム
５５ｃ  第２ステム
６０  枠部材
６１  筒状部材
６３  流体ばね
６４  管状部材
６４ｂ  遮蔽部材
７０  可変バルブタイミング装置
９０，９１  排気カム
９０ｃ，９１ｃ  凹部
９５，９６  当接部
９５ａ，９６ａ  突出部
９７  切替え装置
１２０  電磁駆動装置
１２３  上側コイル
１２４  下側コイル
１２９  可動子
【図１】
2011132321.tif 000003
【図２】
2011132321.tif 000004
【図３】
2011132321.tif 000005
【図４】
2011132321.tif 000006
【図５】
2011132321.tif 000007
【図６】
2011132321.tif 000008
【図７】
2011132321.tif 000009
【図８】
2011132321.tif 000010
【図９】
2011132321.tif 000011
【図１０】
2011132321.tif 000012
【図１１】
2011132321.tif 000013
【図１２】
2011132321.tif 000014
【図１３】
2011132321.tif 000015
【図１４】
2011132321.tif 000016
【図１５】
2011132321.tif 000017
【図１６】
2011132321.tif 000018
【図１７】
2011132321.tif 000019
【図１８】
2011132321.tif 000020
【図１９】
2011132321.tif 000021
【図２０】
2011132321.tif 000022
【図２１】
2011132321.tif 000023
【図２２】
2011132321.tif 000024
【図２３】
2011132321.tif 000025
【図２４】
2011132321.tif 000026
【図２５】
2011132321.tif 000027
【図２６】
2011132321.tif 000028
【図２７】
2011132321.tif 000029
【図２８】
2011132321.tif 000030
【図２９】
2011132321.tif 000031
【図３０】
2011132321.tif 000032
【図３１】
2011132321.tif 000033
【図３２】
2011132321.tif 000034
【図３３】
2011132321.tif 000035
【図３４】
2011132321.tif 000036
【図３５】
2011132321.tif 000037
【図３６】
2011132321.tif 000038
【図３７】
2011132321.tif 000039
【図３８】
2011132321.tif 000040
【図３９】
2011132321.tif 000041
【図４０】
2011132321.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月22日(2010.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状部および傘部を有し、燃焼室に通じる通路を開閉可能に形成されている開閉弁と、
燃焼室に通じる通路を含み、開閉弁を支持する支持構造物と、
燃焼室に通じる通路において開閉弁が配置されている領域に配置され、燃焼室に対向する一方の端部が開閉弁の傘部に係止している介在部材と、
介在部材を燃焼室に向かう側に付勢するための流体ばねを含むばね装置とを備え、
１つの燃焼室に対して複数の開閉弁が配置されており、更に複数の開閉弁に対応して、複数の介在部材および複数のばね装置が配置されており、
介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、一方の端部と反対側の他方の端部がばね装置に当接しており、
ばね装置は、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として縮むように形成されており、
燃焼室が燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に制御圧力に到達すると、ばね装置が縮むことにより、傘部および介在部材が燃焼室の外側に向かって移動し、燃焼室の容積が増加するように形成されており、
複数のばね装置は、傘部および介在部材を含む移動する部材の総重量が大きいほど、弾性力が小さくなるように形成されていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置と、
介在部材の移動量を制限する移動制限装置とを備え、
内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定し、選定した燃焼室の最大圧力に基づいて介在部材の移動量を制限することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備え、
遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されており、
燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、移動制限装置により介在部材の移動量が小さくなるように制限して、燃焼室の最大圧力を大きくすることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
開閉弁の棒状部は、傘部に接続されている第１の弁棒部分と、第１の弁棒部分に弾性部材を介して接続されている第２の弁棒部分とを含み、
弾性部材は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達してばね装置が縮むときには、ばね装置の縮み量に対応して縮む弾性力を有し、燃焼室に通じる通路を開けるために開閉弁を開くときには縮まない弾性力を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
開閉弁が閉じる方向に開閉弁を付勢する弁付勢部材を備え、
ばね装置は、弁付勢部材の内側、または弁付勢部材を取り囲むように外側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】
開閉弁を駆動するためのカムと、
クランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構とを備え、
カムは、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁が移動可能になるように形成されている凹部を有し、
可変動弁機構によりカムの凹部の位相を変化させることにより、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁の移動量を制限することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
開閉弁を駆動するための電磁駆動装置を備え、
燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。
【０００３】
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。
【０００４】
特表２００６−５２２８９５号公報においては、ピストンと連接ロッドとの間において、連接ロッドをピストンクラウンと逆方向に付勢するように作用する円板スプリングが組み込まれたピストンが開示されている。また、ピストンクラウンが連接ロッドに関連して軸上に移動することが開示されている。このピストンにおいては、ピストンが上死点を超過すると円板スプリングに蓄積されたエネルギーが放出されて、出力トルクの生成につながることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【特許文献２】特表２００６−５２２８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
火花点火式の内燃機関においては、燃焼室において燃料と空気の混合気が点火装置で着火されることにより、混合気が燃焼するとともにピストンが押し下げされる。このときに圧縮比を高くすることにより熱効率が向上する。ところが、圧縮比を高くすると異常燃焼が発生する場合がある。例えば、圧縮比が高くなることにより自着火現象が生じる場合がある。
【０００７】
異常燃焼の発生を防止するために、点火時期を遅らせることができる。しかしながら、点火時期を遅らせることにより、出力トルクが小さくなったり、燃料消費が悪化したりする。また、点火時期を遅らせることにより、排気ガスの温度が高くなる。このため、排気浄化装置の構成部品に高質な材料が必要になったり、排気ガスを冷却する装置が必要になったりする場合があった。更に、排気ガスの温度を下げるために、燃焼室で燃焼を行なうときの空燃比を理論空燃比未満にする場合がある。すなわち、燃焼時の空燃比をリッチにする場合がある。しかしながら、排気浄化装置として三元触媒が配置されている場合には、排気ガスの空燃比が理論空燃比から逸脱すると浄化能力が小さくなってしまい、排気ガスを十分に浄化することができなくなるという問題があった。
【０００８】
上記の特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている内燃機関においては、燃焼室に通じる空間をシリンダヘッドに形成して、この空間に機械ばねが配置されている。しかしながら、燃焼室に通じる通路をシリンダヘッドに形成するために、吸気弁や排気弁が小さくなる虞があった。
【０００９】
上記の特表２００６−５２２８９５号公報には、ピストンに機械ばねが配置されている内燃機関が開示されている。しかしながら、ピストンに配置された機械ばねは、変形できる量が不十分であり、十分なストローク量を確保できない虞がある。そのため、筒内圧力制御が困難であった。
【００１０】
本発明は、異常燃焼の発生を抑制する内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内燃機関は、棒状部および傘部を有し、燃焼室に通じる通路を開閉可能に形成されている開閉弁と、燃焼室に通じる通路を含み、開閉弁を支持する支持構造物と、燃焼室に通じる通路において開閉弁が配置されている領域に配置され、燃焼室に対向する一方の端部が開閉弁の傘部に係止している介在部材と、介在部材を燃焼室に向かう側に付勢するためのばね装置とを備える。介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、一方の端部と反対側の他方の端部がばね装置に当接している。ばね装置は、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として縮むように形成されている。燃焼室が燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に制御圧力に到達すると、ばね装置が縮むことにより、傘部および介在部材が燃焼室の外側に向かって移動し、燃焼室の容積が増加する。
【００１２】
上記発明においては、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置と、介在部材の移動量を制限する移動制限装置とを備え、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定し、選定した燃焼室の最大圧力に基づいて介在部材の移動量を制限することができる。
【００１３】
上記発明においては、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備え、遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されている。燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、移動制限装置により介在部材の移動量が小さくなるように制限して、燃焼室の最大圧力を大きくすることができる。
【００１４】
上記発明においては、１つの燃焼室に対して複数の開閉弁が配置されている内燃機関であって、複数の開閉弁に対応して配置された複数の介在部材および複数のばね装置を備え、複数のばね装置は、傘部および介在部材を含む移動する部材の総重量が大きいほど、弾性力が小さくなるように形成することができる。
【００１５】
上記発明においては、開閉弁の棒状部は、傘部に接続されている第１の弁棒部分と、第１の弁棒部分に弾性部材を介して接続されている第２の弁棒部分とを含み、弾性部材は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達してばね装置が縮むときには、ばね装置の縮み量に対応して縮む弾性力を有し、燃焼室に通じる通路を開けるために開閉弁を開くときには縮まない弾性力を有することができる。
【００１６】
上記発明においては、開閉弁が閉じる方向に開閉弁を付勢する弁付勢部材を備え、ばね装置は、弁付勢部材の内側、または弁付勢部材を取り囲むように外側に配置することができる。
【００１７】
上記発明においては、開閉弁を駆動するためのカムと、クランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構とを備え、カムは、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁が移動可能になるように形成されている凹部を有し、可変動弁機構によりカムの凹部の位相を変化させることにより、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁の移動量を制限することができる。
【００１８】
上記発明においては、開閉弁を駆動するための電磁駆動装置を備え、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、異常燃焼の発生を抑制する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置の第１ステムのストッパー機構の拡大概略断面図である。
【図４】実施の形態１の第１の燃焼圧力制御装置において、流体ばねが縮んだときの概略断面図である。
【図５】実施の形態１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関において、燃焼室の圧力と流体ばねの縮み量とを説明する図である。
【図６】比較例における点火時期と出力トルクとの関係を説明するグラフである。
【図７】比較例におけるクランク角度と燃焼室の圧力との関係を説明するグラフである。
【図８】比較例における内燃機関の負荷と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図９】実施の形態１の第１の燃焼圧力制御装置において、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときの燃焼室の圧力のグラフの拡大図である。
【図１０】実施の形態１における内燃機関および比較例の内燃機関の点火時期を説明するグラフである。
【図１１】実施の形態１における第２の燃焼圧力制御装置の第１ステムと第２ステムとの接続部分の拡大概略断面図である。
【図１２】実施の形態１における第３の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１３】実施の形態１における第４の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１４】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図１５】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の移動制限装置および遮蔽装置の概略斜視図である。
【図１６】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置の移動制限装置の説明図である。
【図１７】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関において、燃焼室の最大圧力を説明するグラフである。
【図１８】比較例における内燃機関の回転数とノッキング余裕点火時期との関係を説明するグラフである。
【図１９】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の回転数と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図２０】比較例における燃料に含まれるアルコール濃度と遅角補正量との関係を説明するグラフである。
【図２１】実施の形態２の第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃料のアルコール濃度と燃焼室の最大圧力との関係を説明するグラフである。
【図２２】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置を配置した内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。
【図２３】実施の形態２における第１の燃焼圧力制御装置を配置した他の内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。
【図２４】実施の形態２における第２の燃焼圧力制御装置の移動制限装置および遮蔽装置の概略斜視図である。
【図２５】実施の形態２における第２の燃焼圧力制御装置を配置した内燃機関の概略断面図である。
【図２６】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図２７】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の排気カムおよび排気弁の部分の概略斜視図である。
【図２８】実施の形態３におけるクランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構の概略図である。
【図２９】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置の排気カムの概略断面図である。
【図３０】実施の形態３における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の運転制御のタイムチャートである。
【図３１】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置の排気カムおよび排気弁の部分の概略斜視図である。
【図３２】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置の第２の排気カムの概略断面図である。
【図３３】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置の概略断面図である。
【図３４】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置の他の概略断面図である。
【図３５】実施の形態３における第２の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。
【図３６】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の概略断面図である。
【図３７】実施の形態４における比較例の内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。
【図３８】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第１の運転制御のタイムチャートである。
【図３９】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第２の運転制御のタイムチャートである。
【図４０】実施の形態４における燃焼圧力制御装置の第３の運転制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１から図１３を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面、シリンダヘッド、吸気弁および排気弁に囲まれる気筒内の空間、および任意の位置にあるピストンの冠面、シリンダヘッド、吸気弁および排気弁に囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
【００２３】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成される。燃焼室５には、燃焼室に通じる通路として機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃焼室５における燃料の燃焼により生じた排気ガスを排出するための通路である。シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。
【００２４】
燃焼室５に通じる通路には、開閉弁としての吸気弁６および排気弁８が配置されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。開閉弁は、支持構造物としてのシリンダヘッド４に支持されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００２５】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
【００２６】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。燃料を供給する流路の途中には、燃料の性状を検出するための燃料性状検出装置として、燃料性状センサ４５が配置されている。たとえば、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関では、燃料性状センサ４５としてアルコール濃度センサが配置される。燃料性状検出装置は、燃料タンクに配置されていても構わない。
【００２７】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が配置されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。機関排気通路には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ４６が配置されている。
【００２８】
本実施の形態における機関本体１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うための再循環通路を有する。本実施の形態においては、再循環通路としてＥＧＲガス導管２６が配置されている。ＥＧＲガス導管２６は、排気枝管１９とサージタンク１４とを互いに連結している。ＥＧＲガス導管２６には、ＥＧＲ制御弁２７が配置されている。ＥＧＲ制御弁２７は、再循環する排気ガスの流量が調整可能に形成されている。機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、触媒コンバータ２１の上流側の機関排気通路内には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４７が配置されている。
【００２９】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータからなる。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００３０】
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。更に、電子制御ユニット３１には、燃料性状センサ４５、温度センサ４６および空燃比センサ４７等のセンサの信号が入力されている。
【００３１】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７、燃料ポンプ２９およびＥＧＲ制御弁２７に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００３２】
図２に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の内部のうち、開閉弁が配置されている領域に配置されている。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気ポート９の内部のうち、排気弁８が配置されている領域に配置されている。
【００３３】
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、排気ポート９の燃焼室５に接続されている部分に配置されている枠部材６０を備える。本実施の形態における枠部材６０は、円管状に形成されている。枠部材６０は、支持構造物としてのシリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、機関排気通路を形成する開口部６０ａを有する。枠部材６０は、係止部６０ｂを有する。係止部６０ｂは、枠部材６０の燃焼室に向かう側の端部に配置されている。係止部６０ｂは、枠部材６０の内側に突出するように形成されている。
【００３４】
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、排気弁８の傘部５５ａと、後述するばね装置との間に介在する介在部材を備える。本実施の形態における介在部材は、筒状に形成されている筒状部材６１を含む。筒状部材６１は、枠部材６０の内部に配置されている。筒状部材６１は、枠部材６０に対して摺動可能に形成されている。筒状部材６１は、矢印２０１に示すように、排気弁８の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成されている。筒状部材６１の端面が、枠部材６０の係止部６０ｂに当接することにより、筒状部材６１が枠部材６０から抜けることが防止されている。
【００３５】
筒状部材６１は、燃焼室５に対向する一方の端部が開口している。また、筒状部材６１は、側面に開口部６１ａを有する。筒状部材６１の内部の空間、開口部６１ａおよび枠部材６０の開口部６０ａは、機関排気通路を構成する。排気ガスは、筒状部材６１の内部の空間および開口部６１ａを通って排出される。筒状部材６１の外周面には、封止部材としてのシールリング６９が配置されている。シールリング６９は、筒状部材６１の周方向に沿って配置されている。シールリング６９は、燃焼室５の気体が枠部材６０と筒状部材６１との間の隙間を通って、機関排気通路に漏れることを抑制する。
【００３６】
筒状部材６１の一方の端部は、排気弁８の傘部５５ａと係止している。筒状部材６１は、傘部５５ａと接触する部分に配置されているバルブシート６２を含む。バルブシート６２は、傘部５５ａと筒状部材６１との接触部分から燃焼室５の気体が漏れることを抑制する。筒状部材６１は、開口している端部と反対側の他方の端部に当接部６１ｂを有する。当接部６１ｂは、後述する流体ばね６３に当接している。このように、筒状部材６１は、一方の端部が傘部５５ａに係止し、他方の端部が流体ばね６３に当接している。
【００３７】
筒状部材６１は、後述するように開閉弁の移動方向とほぼ平行な方向に移動するために、強度が大きくて密度の小さな材質から形成されていることが好ましい。たとえば、チタンやアルミニウムで形成されていることが好ましい。この構成により、強度を保ちながら、燃焼圧力制御装置の応答性を向上させることができる。
【００３８】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、ばね装置としての流体ばね６３を備える。流体ばね６３は、内部に圧縮性流体を密閉することにより弾性を有する。本実施の形態の流体ばね６３は、流体封入部材の内部に空気が封入されている。本実施の形態における流体ばね６３は、円環状に形成されている。流体ばね６３は、ガイド部材５３の周りを取り囲むように形成されている。本実施の形態における流体ばね６３は、蛇腹部６３ａを有し、蛇腹部６３ａが変形することにより矢印２０１に示す方向に伸縮する。
【００３９】
流体ばね６３は、筒状部材６１とシリンダヘッド４との間に配置されている。流体ばね６３は、一方の端部がシリンダヘッド４に当接している。流体ばね６３は、他方の端部が筒状部材６１の当接部６１ｂに当接している。流体ばね６３は、筒状部材６１を燃焼室５に向かう側に付勢している。
【００４０】
本実施の形態における排気弁８は、ガイド部材５３に支持されている。本実施の形態におけるガイド部材５３は、筒状に形成されている。ガイド部材５３は、シリンダヘッド４に固定されている。排気弁８は、ガイド部材５３の内部を摺動するように形成されている。
【００４１】
排気弁８は、平面視したときの形状がほぼ円形の傘部５５ａと、傘部５５ａに接続されている棒状部とを含む。本実施の形態における棒状部は、傘部５５ａに接続されている第１の弁棒部分としての第１ステム５５ｂと、カムが配置される側の第２の弁棒部分としての第２ステム５５ｃとを含む。第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃは、ガイド部材５３により支持されている。
【００４２】
排気弁８の第２ステム５５ｃの先端部には、固定部材としてスプリングリテーナ５２が固定されている。スプリングリテーナ５２とシリンダヘッド４との間には、排気弁８が閉じる方向に、排気弁８を付勢する弁付勢部材としてバルブスプリング５１が配置されている。バルブスプリング５１は、スプリングリテーナ５２を燃焼室５から離れる向きに付勢している。第２ステム５５ｃの先端部は、ロッカーアーム９９に押圧されている。ロッカーアーム９９は、排気カムにより押圧されている。本実施の形態における内燃機関は、排気カムによりロッカーアーム９９が押圧される。ロッカーアーム９９により第２ステム５５ｃが押圧されて排気弁８が開いた状態になる。
【００４３】
排気弁８の第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとは、弾性部材としてのコイルスプリング５４を介して接続されている。本実施の形態においては、第２ステム５５ｃの内部に空洞部が形成され、この空洞部に第１ステム５５ｂの先端部が挿入されている。第２ステム５５ｃの空洞部の内部にはコイルスプリング５４が配置されている。コイルスプリング５４は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが互いに離れる向きに、第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃを付勢している。
【００４４】
コイルスプリング５４は、燃焼室５に通じる機関排気通路を開くために排気弁８を開けるときには、第１ステム５５ｂおよび傘部５５ａが、第２ステム５５ｃに押圧されて動く強さ以上の弾性力を有するように形成されている。すなわち、コイルスプリング５４は、排気弁８の第２ステム５５ｃが排気カムやロッカーアーム等に押圧された場合に、傘部５５ａが燃焼室５の内部に向かって移動するように形成されている。また、コイルスプリング５４は、流体ばね６３が縮むときに、第１ステム５５ｂに押圧されて、流体ばね６３の縮み量に対応して縮む弾性力を有するように形成されている。
【００４５】
図３に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の他の概略断面図を示す。図３は、図２における第１ステムと第２ステムとが嵌合している部分を他の角度で切断したときの概略断面図である。
【００４６】
本実施の形態における排気弁８は、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃから抜けることを防止するストッパー機構を有する。ストッパー機構は、第１ステム５５ｂに形成されているストッパー部５６を有する。本実施の形態におけるストッパー部５６は、棒状に形成されている。ストッパー部５６は、第１ステム５５ｂの本体から外側に向かって突出している。ストッパー機構は、第２ステム５５ｃに形成されている切欠き部５９を有する。切欠き部５９は、排気弁８の棒状部の延びる方向に形成されている。ストッパー部５６は、切欠き部５９の内部に配置されている。
【００４７】
ストッパー部５６は、切欠き部５９の内部で移動可能なように形成されている。ストッパー部５６が、切欠き部５９の一方の端面に当接することにより、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃから抜けることが防止される。また、コイルスプリング５４が伸縮することにより、矢印２０１に示す方向に、第２ステム５５ｃに対して第１ステム５５ｂが相対的に移動する。ストッパー機構としては、この形態に限られず、第１ステムが第２ステムから抜けることを防止する任意の機構を採用することができる。
【００４８】
図２を参照して、燃焼室５の圧力が制御圧力未満の場合には、筒状部材６１は、流体ばね６３の内部の流体の圧力により、開口している一方の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに係止している。傘部５５ａおよび筒状部材６１の端面には、燃焼室５の圧力が印加される。燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程において、燃焼室５の圧力が予め定められた制御圧力以上になったときに、流体ばね６３が縮む。すなわち、燃焼室５の圧力による押圧力が流体ばね６３の反力より大きくなったときに、流体ばね６３が縮む。
【００４９】
図４に、本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置において、流体ばねが縮んだときの概略断面図を示す。流体ばね６３が縮むことにより、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、燃焼室５の外側に向かって移動する。本実施の形態においては、排気弁８の第１ステム５５ｂはコイルスプリング５４を押圧する。コイルスプリング５４が縮んで、第１ステム５５ｂが第２ステム５５ｃに対して相対的に移動する。筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが燃焼室５に向かう側と反対側に移動することにより、燃焼室５の容積が増加する。このために、燃焼室５の圧力上昇を抑制することができる。
【００５０】
燃焼室５における燃料の燃焼が進んで、燃焼室５の圧力による押圧力が流体ばね６３の反力よりも小さくなった場合には、流体ばね６３が伸びる。筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、燃焼室５の内側に向かって移動して元の位置に戻る。また、燃焼室５の容積は元の大きさに戻る。
【００５１】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、ばね装置が伸縮する。ばね装置は、燃焼室の圧力変化を駆動源として燃焼室の容積が変化するように形成されている。本発明における制御圧力は、ばね装置が変化し始めるときの燃焼室の圧力である。流体ばね６３の内部には、制御圧力に対応した圧力の流体が封入される。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
【００５２】
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
【００５３】
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
【００５４】
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
【００５５】
図５に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および流体ばねの縮み量である。図５には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。流体ばね６３の縮み量は、筒状部材６１の一方の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに当接しているときの値が零である。
【００５６】
図１、図２、図４および図５を参照して、圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５の圧力が上昇する。ここで、流体ばね６３には制御圧力に対応した圧力の流体が封入されているために、燃焼室５の圧力が制御圧力になるまでは、流体ばね６３の縮み量が零である。図５に示す例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５の圧力が急激に上昇する。燃焼室５の圧力が制御圧力に達したときに、流体ばね６３が縮み始める。排気弁８の傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよび筒状部材６１が枠部材６０に対して移動し始める。混合気の燃焼が進むと、流体ばね６３の縮み量が大きくなる。このために、燃焼室５の圧力の上昇が抑制される。図５に示す例では、燃焼室５の圧力がほぼ一定に保たれる。
【００５７】
燃焼室５において、更に燃料の燃焼が進むと、流体ばね６３の縮み量は最大になった後に小さくなる。流体ばね６３の内部の圧力が元の圧力に向かって減少し、流体ばね６３の縮み量が零に戻る。燃焼室５の圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５の圧力が減少する。
【００５８】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御する。
【００５９】
図６に、本実施の形態における比較例の内燃機関における点火時期と出力トルクとの関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置を有していない。すなわち、比較例の内燃機関は、本実施の形態における流体ばね６３および筒状部材６１等を有しておらずに、圧縮行程から膨張行程にかけて排気弁は停止している。また、排気弁８の棒状部は一体化されている。図６のグラフは、所定の状態で比較例の内燃機関を運転しているときのグラフである。横軸は、点火するときのクランク角度（点火時期）を示している。
【００６０】
混合気に点火する時期によって内燃機関の性能が変化することが分かる。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）を有する。出力トルクが最大になる点火時期は、エンジン回転数、スロットル開度、空燃比、圧縮比などにより変化する。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。また、出力トルクが大きくなり、燃料消費量を少なくすることができる。また、排出される二酸化炭素を減らすことができる。
【００６１】
ところが、点火時期を早くするとノッキング現象などの異常燃焼が発生する。特に高負荷になると、異常燃焼の発生する領域が大きくなる。比較例の内燃機関においては、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）よりも遅らせて点火している。このように、異常燃焼が発生する領域を避けた点火時期を選定している。
【００６２】
図７に、比較例の内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。実線は、燃料の供給を停止（フュエルカット）して、かつスロットル弁の開度が全開（ＷＯＴ）のときの燃焼室の圧力を示している。このときの燃焼室の圧力は、クランク角度が０°のとき、すなわち圧縮上死点において最大になる。この圧力は、燃料を供給しないときの燃焼室の最大圧力になる。
【００６３】
内燃機関においては、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。破線で示されているグラフは、出力トルクが最大になる点火時期で点火したときのグラフである。破線は、異常燃焼が発生しないと仮定した場合のグラフを示している。図７に示す例においては、クランク角度が０°（ＴＤＣ）よりもやや後の時期に点火を行なっている。出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合においては、燃焼室の圧力が高くなる。しかしながら、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも大きくなるために、点火時期を遅角させている。一点鎖線は、点火時期を遅角させたときのグラフである。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
【００６４】
図５を参照して、破線は、比較例の内燃機関において出力トルクが最大になる点火時期（θｍａｘ）で点火した場合のグラフを示している。前述のとおり、この点火時期で点火した場合には、異常燃焼が発生する。
【００６５】
これに対して、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の最大圧力が異常燃焼の発生圧力未満になるように燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。このため、図７に示す点火時期を遅らせた比較例の内燃機関と比較して、熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
【００６６】
図５を参照して、本実施の形態の内燃機関においては、熱効率が最も良くなる点火時期に点火している。本実施の形態の内燃機関は、比較例の内燃機関の出力トルクが最大になる点火時期にて点火することも可能である。しかしながら、本実施の形態における内燃機関は、点火時期を比較例における内燃機関の出力トルクが最大になる点火時期よりも早くしている。この構成により、より熱効率を改善することができ、より出力トルクを大きくすることができる。このように、本実施の形態における内燃機関は、異常燃焼を回避しながら熱効率が最も良くなる時期に点火することができる。
【００６７】
本実施の形態においては、流体ばね６３の内部の流体の封入圧力は、制御圧力よりも高くなる。制御圧力としては、燃料の供給を停止した場合における燃焼室の最大圧力より大きくすることができる。すなわち図７に示す実線のグラフの燃焼室の最大圧力より大きく設定することができる。また、制御圧力は、異常燃焼が発生する圧力未満に設定することができる。
【００６８】
比較例の内燃機関は、点火時期を遅角するために排気ガスの温度が高くなる。または、熱効率が低いために排気ガスの温度が高くなる。比較例の内燃機関においては、排気ガスの温度を下げるために、燃焼時の空燃比を理論空燃比より小さくする場合がある。ところが、排気浄化装置としての三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍の場合に高い浄化能力を示す。三元触媒は、理論空燃比から外れると、浄化性能が極端に小さくなってしまう。このため、燃焼時の空燃比を理論空燃比よりも小さくすると、排気ガスの浄化能力が低下し、排気ガスに含まれる未燃燃料等が多くなってしまう。また、比較例の内燃機関は、排気ガスの温度が高くなるために、排気浄化装置の耐熱性が要求されて高質の材料が必要になったり、排気ガスを冷却するための装置や排気ガスを冷却するための新たな構造が必要になったりする場合がある。
【００６９】
これに対して、本実施の形態における内燃機関は、熱効率が高いために排気ガスの温度が高くなることを回避することができる。本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの温度を下げるために燃焼時の空燃比を小さくする必要性が小さく、排気浄化装置が三元触媒を含む場合に浄化性能を維持することができる。更に、排気ガスの温度が高くなることを回避できるために、排気浄化装置の部材の耐熱性の要求が低くなる。または、排気ガスの冷却を行なうための装置等を新たに追加しなくても装置を形成することができる。
【００７０】
また、図５を参照して、一般的に熱効率を向上させるために内燃機関の圧縮比を上昇させる場合には、燃焼室の最大圧力Ｐｍａｘが大きくなる。このために、内燃機関を構成する部材の強度を大きくする必要がある。しかしながら、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の最大圧力が大きくなることを回避できて、構成部材が大型になることを回避できる。たとえば、コネクティングロッドの径が大きくなることを回避できる。また、構成部材同士の摩擦が大きくなることを回避できて、燃料消費率の悪化を抑制することができる。
【００７１】
さらに、燃焼室の最大圧力が高い場合においては、燃焼室の径を大きくすることが困難であるという問題がある。燃焼室の径が大きくなると、それに伴ってピストンの支持部分等の構成部材の強度を大きくする必要が生じる。しかしながら、本実施の形態においては、燃焼室の最大圧力を低く維持できるために、構成部材の要求強度を低く抑えることができる。このため、燃焼室の径を容易に大きくすることができる。
【００７２】
次に、本実施の形態の内燃機関の燃焼圧力制御装置における制御圧力について説明する。
【００７３】
図８は、比較例における内燃機関の負荷と、燃焼室における最大圧力との関係を示すグラフである。内燃機関の負荷は、燃焼室における燃料の噴射量に対応する。異常燃焼が発生しない場合には、破線で示したように、負荷が増加するに従って燃焼室の最大圧力が増加する。所定の負荷よりも大きくなると異常燃焼が発生する。異常燃焼が発生するときの燃焼室の最大圧力は、負荷に依らずにほぼ一定であることが分かる。
【００７４】
本実施の形態の内燃機関においては、燃焼室の圧力が異常燃焼を発生する圧力に到達しないように制御圧力を設けている。制御圧力としては、燃料が燃焼したときの燃焼室の最大圧力が異常燃焼の発生圧力よりも小さくなる範囲のうち、大きな圧力であることが好ましい。制御圧力を異常燃焼が発生する圧力の近傍まで高くすることが好ましい。この構成により、異常燃焼を抑制しながら熱効率を大きくすることができる。
【００７５】
図９に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の圧力の他のグラフを示す。図９は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している部分の拡大図である。図４および図９を参照して、本実施の形態の内燃機関は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達することにより、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが枠部材６０に対して移動する。このときに、流体ばね６３が縮んで、流体ばね６３の内部の圧力が上昇する場合がある。このため、燃焼室５の圧力が、流体ばね６３の内部の圧力上昇に伴って上昇する場合がある。燃焼室５の圧力のグラフは、上側に凸の形状になる。制御圧力を設定する場合には、燃焼室５の最大圧力が異常燃焼の発生圧力に到達しないように、流体ばね６３の内部の圧力の上昇分を見込んで低く設定することが好ましい。
【００７６】
次に、本実施の形態の内燃機関の点火時期について説明する。
【００７７】
図１０に、本実施の形態および比較例の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。実線は、本実施の形態の内燃機関において出力トルクが最大になる時期に点火したときのグラフを示す。一点鎖線は、比較例の内燃機関において点火時期を遅角させた場合のグラフを示す。
【００７８】
本実施の形態における内燃機関は、前述したように、内燃機関の熱効率が最大となる点火時期θｍａｘを選定することが好ましい。しかしながら、この点火時期での燃焼室の圧力は高くなる。たとえば、本実施の形態の点火時期における燃焼室の圧力は、比較例の点火時期における燃焼室の圧力よりも大きくなる。このために、内燃機関によっては、火花が飛ばせずに失火してしまう場合がある。特に、本実施の形態の内燃機関では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）の近傍において点火を行なっている。クランク角度が０°の近傍では、燃焼室の圧力が高いために火花が飛びにくい状態になっている。すなわち、空気密度が高いために放電が生じにくい状態になっている。
【００７９】
図１を参照して、燃焼室５において失火すると、未燃燃料が機関排気通路を通って排気浄化装置に流入する。本実施の形態においては、未燃燃料が排気ポート９を通って三元触媒２０に流入する。この場合には、三元触媒２０に流入する未燃燃料が多くなり、大気中に放出される排気ガスの性状が悪化する場合がある。または、三元触媒２０において、未燃燃料が燃焼して三元触媒２０が過温になる場合がある。
【００８０】
図１０を参照して、このような失火する虞のある内燃機関では、点火時期を進角させることができる。すなわち、点火時期を早くすることができる。たとえば、点火時期を出力トルクが最大になる点火時期よりも更に進角させることができる。点火時期を早くすることにより、燃焼室の圧力が低い時に点火することができて失火を抑制することができる。
【００８１】
図２を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の内部に、開閉弁の移動方向に移動可能な筒状部材を配置している。すなわち、機関吸気通路または機関排気通路に燃焼圧力制御装置の一部を配置することができる。このため、燃焼室の容積を小さくしたり、吸気弁または排気弁の傘部の径を小さくしたりすることを回避しながら、燃焼室に燃焼圧力制御装置を接続することができる。
【００８２】
また、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁の傘部や筒状部材等の移動する部材が燃焼室に接している。これらの移動する部材に、燃焼室の圧力が直接的に印加される。さらに、移動する部材に傘部が含まれることにより、移動する部材の燃焼室に接する部分の面積が大きくなる。このために、筒状部材等の移動する部材の移動量を小さくすることができる。応答性に優れた燃焼圧力制御装置を提供することができる。
【００８３】
本実施の形態において、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間に介在するコイルスプリング５４は、流体ばね６３が縮むときに流体ばね６３の縮み量に対応して縮むように形成されている。ところが、コイルスプリング５４は、弾性力が小さすぎると、排気弁８を開くときに、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂの慣性力により、傘部５５ａが移動し始める時期が遅れる場合がある。このために、コイルスプリング５４は、開閉弁を開くときに、傘部５５ａの移動が遅れないように大きな弾性力を有することが好ましい。コイルスプリング５４は、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが、第２ステム５５ｃと同時に移動し始める弾性力を有することが好ましい。コイルスプリング５４は、開閉弁を開くときに縮まない弾性力を有することが、好ましい。この構成を採用することにより、開閉弁の動作遅れを回避することができる。
【００８４】
図１１に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の拡大概略断面図を示す。図１１は、排気弁の第１ステムと第２ステムとの嵌合部分の拡大概略断面図である。本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとがダンパー５７を介して接続されている。本実施の形態におけるダンパー５７は、コイルスプリング５４の内側に配置されている。
【００８５】
本実施の形態におけるダンパー５７は、容器５７ａを含む。容器５７ａは、第１ステム５５ｂに固定されている。容器５７ａの内部には、液体が封入されている。本実施の形態においては、容器５７ａの内部にオイルが充填されている。ダンパー５７は、容器５７ａの内部で移動可能に形成されている板部材５７ｂを有する。板部材５７ｂは、周りをオイルが通る様に形成されている。ダンパー５７は、第２ステム５５ｃに固定されている支持部材５７ｃを有する。支持部材５７ｃは、棒状に形成されている。支持部材５７ｃは、板部材５７ｂを支持している。
【００８６】
第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間にダンパー５７を配置することにより、排気弁８の共振を抑制することができる。傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよびコイルスプリング５４が有している固有振動数が、内燃機関の回転数に依存して生じる振動の周波数と合致して共振が生じる場合に、振動の振幅を小さくすることができる。また、排気弁の開閉動作に伴って、第２ステム５５ｃに対して、第１ステム５５ｂが振動してしまう場合がある。ダンパー５７は、このような振動の振幅を小さくすることができる。
【００８７】
本実施の形態におけるダンパーは、オイルダンパーであるが、この形態に限られず、第１ステム、傘部およびコイルスプリング等の振動を抑制する任意のダンパーを、第１ステムと第２ステムとの間に介在させることができる。
【００８８】
図１２に、本実施の形態における第３の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。第３の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３が弁付勢部材としてのバルブスプリング５１の外側に配置されている。流体ばね６３は、円環状に形成されている。流体ばね６３は、バルブスプリング５１を取り囲むように形成されている。
【００８９】
第３の燃焼圧力制御装置の枠部材６０は、シリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、バルブスプリング５１の側方まで延びている。枠部材６０は、流体ばね６３の端部を支持するための支持部６０ｃを有する。枠部材６０は、バルブスプリング５１の端部を支持するための支持部６０ｄを有する。第１ステム５５ｂおよび第２ステム５５ｃを支持するガイド部材５３は、枠部材６０の支持部６０ｄに固定されている。第３の燃焼圧力制御装置の筒状部材６１は、流体ばね６３に当接している当接部６１ｂを有する。
【００９０】
図１３に、本実施の形態における第４の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。第４の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の内側に配置されている。流体ばね６３は、円環状に形成されている。バルブスプリング５１は、流体ばね６３を取り囲むように形成されている。
【００９１】
第４の燃焼圧力制御装置の枠部材６０は、シリンダヘッド４に固定されている。枠部材６０は、バルブスプリング５１の内側で延びている。枠部材６０は、流体ばね６３の端部を支持するための支持部６０ｃを有する。ガイド部材５３は、支持部６０ｃの先端に固定されている。第４の燃焼圧力制御装置の筒状部材６１は、流体ばね６３に当接している当接部６１ｂを有する。
【００９２】
第３の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の外側に配置され、第４の燃焼圧力制御装置は、流体ばね６３がバルブスプリング５１の内側に配置されている。すなわち、流体ばね６３およびバルブスプリング５１は環状に形成され、二重構造に配置されている。この構成を採用することにより、流体ばね６３の排気弁８の移動方向の長さを長くすることができる。流体ばね６３の縮み量を大きくすることができて、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂが移動する時の移動長さを大きくすることができる。
【００９３】
また、筒状部材６１の開口部６１ａおよび枠部材６０の開口部６０ａを大きくすることができる。たとえば、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置よりも、開閉弁の移動方向における開口部６０ａ，６１ａの長さを長くすることができる。燃焼室に通じる通路の流路断面積を大きくすることができて、圧力損失を小さくすることができる。たとえば、ポンピングロスと言われる吸気損失や排気損失などを小さくすることができる。
【００９４】
本実施の形態における第３の燃焼圧力制御装置または第４の燃焼圧力制御装置を排気弁の側に配置する場合には、流体ばね６３を機関排気通路の外側に配置することができる。このため、排気ガスの熱により、流体ばね６３の内部の流体の温度が上昇することを抑制できる。流体ばね６３の内部の封入圧力が変化することを抑制できる。この結果、制御圧力が変化することを抑制できる。
【００９５】
本実施の形態の第３の燃焼圧力制御装置または第４の燃焼圧力制御装置においては、流体ばね６３の端部およびバルブスプリング５１の端部が、枠部材６０に支持されているが、この形態に限られず、支持構造物としてのシリンダヘッド４に支持されていても構わない。
【００９６】
本実施の形態において説明した燃焼圧力制御装置は、排気弁が配置されている領域に配置されているが、この形態に限られずに、吸気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。たとえば、吸気ポートの燃焼室の入口部に筒状部材を配置して、筒状部材とシリンダヘッドとの間に流体ばねが配置されていても構わない。吸気弁についても、本実施の形態における排気弁と同様に、棒状部が第１ステムおよび第２ステムを含み、第１ステムと第２ステムとを弾性部材を介して接続することができる。
【００９７】
本実施の形態においては、１つの弁に筒状部材等を配置した燃焼圧力制御装置について説明を行なったが、１つの燃焼室に複数の開閉弁が配置されている場合には、それぞれの開閉弁に対して筒状部材等を配置することができる。すなわち、一つの燃焼室に対して複数の筒状部材および複数の流体ばね等を配置することができる。
【００９８】
ところで、１つの燃焼室に複数の開閉弁が配置され、複数の開閉弁に対して、それぞれ筒状部材および流体ばね等が配置されている内燃機関では、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する部材の重量が互いに異なる場合がある。
【００９９】
例えば、吸気弁の傘部の径が、排気弁の傘部の径よりも大きい場合がある。このような吸気弁および排気弁を備える内燃機関において、吸気弁の側と排気弁の側との両方に筒状部材および流体ばね等が配置されている場合には、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する部材の総重量に応じて、応答性が互いに異なる場合がある。移動する部材は、流体ばね６３が縮むときに位置が変化する部材であり、たとえば、筒状部材６１、傘部５５ａおよび第１ステム５５ｂを含む。この移動する部材の総重量が大きいほど、燃焼室５の圧力上昇に対する移動の応答が遅くなる。
【０１００】
それぞれの開閉弁に対応して配置された移動する部材の総重量が互いに異なる場合には、移動する部材の総重量が大きいほど、ばね装置の弾性力を小さくすることができる。ばね装置が流体ばね６３を含む場合には、移動する部材の総重量が大きいほど、流体ばね６３の内部の圧力を小さくすることができる。たとえば、開閉弁の傘部５５ａ、第１ステム５５ｂおよび筒状部材６１の総重量が大きいほど流体ばね６３の内部の圧力を小さくすることができる。この構成を採用することにより、移動する部材の総重量が重い燃焼圧力制御装置の応答性を向上させることができる。１つの燃焼室に対して複数の筒状部材および流体ばね等を配置する場合に、それぞれの部材の移動の応答性をほぼ同じにすることができる。
【０１０１】
たとえば、排気弁の傘部の径よりも吸気弁の傘部の径が大きい場合には、排気弁の側に配置されている流体ばねの封入圧力よりも吸気弁の側に配置されている流体ばねの封入圧力を小さくすることができる。または、内燃機関の種類によっては、排気弁の側の移動する部材の総重量が、吸気弁の側の移動する部材の総重量よりも重い場合があり、このような場合には、排気弁の側の流体ばねの封入圧力を吸気弁の側の流体ばねの封入圧力よりも小さくすることができる。このように、それぞれの開閉弁に対応して形成される燃焼圧力制御装置の移動する部材の総重量に応じて、流体ばねの内部の圧力を調整することができる。
【０１０２】
本実施の形態におけるばね装置は流体ばねを含むが、この形態に限られず、ばね装置は、制御圧力に対応した付勢力を介在部材に加えることができる任意の装置を採用することができる。たとえば、ばね装置は、コイルスプリングのような機械ばねを含んでいても構わない。また、ばね装置が流体ばねを含む場合には、流体ばねの内部の圧力を調整する圧力調整装置を流体ばねに接続することができる。流体ばねの内部の圧力を変化させることにより、制御圧力を調整することができる。
【０１０３】
本実施の形態における介在部材は、筒状に形成されている筒状部材を含むが、この形態に限られず、介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行な方向に移動可能に形成され、一方の端部が開閉弁の傘部に係止し、他方の端部が流体ばねに当接するように形成されていれば、任意の構造の部材を採用することができる。たとえば、介在部材は、開閉弁の傘部を係止する部分と、流体ばねを押圧する部分とが、棒状の部材で連結されている構造を有していても構わない。
【０１０４】
（実施の形態２）
図１４から図２５を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。
【０１０５】
図１４は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図である。図１５は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の筒状部材および管状部材の概略斜視図である。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、吸気弁が配置されている領域に配置されている。
【０１０６】
図１４および図１５を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、筒状部材６１の移動量を制限する移動制限装置を備える。本実施の形態における移動制限装置は、移動制限部材としての管状部材６４を含む。本実施の形態における管状部材６４は、円管状に形成されている。管状部材６４は、筒状部材６１と対向して配置されている。管状部材６４は、筒状部材６１に向かって突出する凸部６４ａを有する。管状部材６４は、筒状部材６１に対向する側と反対側の端部がシリンダヘッド４に当接している。管状部材６４は、筒状部材６１に対向する側と反対側に移動しないように形成されている。
【０１０７】
本実施の形態における筒状部材６１は、流体ばね６３が配置されている領域を超えて延びるように形成されている。筒状部材６１の燃焼室５に向かう側と反対側の端部には、段差部６１ｃが形成されている。本実施の形態においては、２段の段差部６１ｃが形成されている。段差部６１ｃのそれぞれの段差は、管状部材６４の凸部６４ａの形状に対応するように形成されている。
【０１０８】
図１５を参照して、本実施の形態における移動制限装置は、管状部材６４を回転させる回転装置を備える。管状部材６４は、外周面に配置されているラックギヤ６４ｃを有する。ラックギヤ６４ｃは、管状部材６４の周方向に沿って延びるように配置されている。本実施の形態における移動制限装置は、ピニオンギヤ６７と、ピニオンギヤ６７を駆動するためのモータ６６とを含む。ピニオンギヤ６７はラックギヤ６４ｃと係合している。モータ６６は、電子制御ユニット３１により制御されている（図１参照）。モータ６６が駆動することにより、ピニオンギヤ６７が回転する。ピニオンギヤ６７の回転力がラックギヤ６４ｃに伝達されることにより、矢印２０２に示すように、管状部材６４が周方向に回転する。
【０１０９】
図１６に、本実施の形態における管状部材の凸部と、筒状部材の段差部との位置関係を説明する概略正面図を示す。燃焼室５の圧力が制御圧力に到達することにより、筒状部材６１は、管状部材６４に向かって移動する。筒状部材６１の段差部６１ｃは、いずれかの段差が管状部材６４の凸部６４ａに当接する。凸部６４ａが、筒状部材６１の段差部６１ｃに当接することにより、筒状部材６１の移動が制限される。
【０１１０】
図１６に示されている例においては、管状部材６４の凸部６４ａが、筒状部材６１の段差部６１ｃの最も深い部分に当接する。筒状部材６１は、移動量が最大になる。モータ６６により管状部材６４を回転することにより、凸部６４ａを段差部６１ｃの２番目に深い部分に当接させることができる。筒状部材６１の移動量を小さくすることができる。更に、管状部材６４を回転することにより、筒状部材６１の頂面に凸部６４ａを当接させることができる。筒状部材６１の移動量を最小にすることができる。本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材の移動量を段階的に制限することができる。
【０１１１】
図１７に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。実線のグラフは、管状部材６４の凸部６４ａが筒状部材６１の段差部６１ｃの最も深い部分（第１段目）に当接した時のグラフである。破線のグラフは、凸部６４ａが段差部６１ｃの２番目に深い部分（第２段目）に当接したときのグラフである。一点鎖線のグラフは、凸部６４ａが筒状部材６１の頂面（第３段目）に当接したときのグラフである。それぞれの燃焼室の最大圧力Ｐｍａｘ１，Ｐｍａｘ２，Ｐｍａｘ３は、徐々に大きくなることが分かる。
【０１１２】
このように、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置では、管状部材６４を回転させて、凸部６４ａの位置を変更することにより、筒状部材６１の移動量を変更することができる。燃焼室が到達する最大圧力を変化させることができる。筒状部材６１の移動量が大きな場合には、燃焼室が到達する最大圧力を小さく抑えることができる。また、筒状部材６１の移動量が小さな場合には、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。
【０１１３】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、検出した内燃機関の運転状態に基づいて燃焼室が到達する最大圧力を選定する。選定した燃焼室の最大圧力に基づいて、筒状部材の移動量を変更することができる。
【０１１４】
ここで、燃焼室の最大圧力を変更するための内燃機関の運転状態について、機関回転数を例に取り上げて説明する。図１を参照して、運転状態検出装置は、機関回転数を検出するためのクランク角センサ４２を含む。
【０１１５】
図１８に、比較例の内燃機関の回転数と、ノッキング余裕点火時期との関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置を有していない内燃機関である。ノッキング余裕点火時期は、以下の式で表すことができる。
【０１１６】
（ノッキング余裕点火時期）＝（ノッキングが発生する点火時期）−（出力トルクが最大になる点火時期）
【０１１７】
ノッキング余裕点火時期は、その値が小さいほど異常燃焼が発生し易くなる。それぞれの内燃機関の回転数により、ノッキングの発生しやすさが異なる。このため、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、内燃機関の回転数に基づいて燃焼室の最大圧力を変更する。内燃機関は、概して内燃機関の回転数が高くなると燃焼期間が短くなるために、異常燃焼が発生しにくくなる。
【０１１８】
図１９に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置において、内燃機関の回転数に対する燃焼室の最大圧力のグラフを示す。本実施の形態においては、内燃機関の回転数が高くなるほど、燃焼室の最大圧力を高く設定している。図１を参照して、本実施の形態においては、内燃機関の回転数を関数にした燃焼室の最大圧力を、予め電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶させておく。電子制御ユニット３１は、クランク角センサ４２により内燃機関の回転数を検出し、回転数に応じた燃焼室の最大圧力を選定する。電子制御ユニット３１は、管状部材６４が選定された燃焼室の最大圧力に対応する位置になるように、管状部材６４を回転させるモータ６６を制御する。図１９に示す例では、内燃機関の回転数が高くなるほど、筒状部材の移動量を小さくする制御を行うことができる。
【０１１９】
また、本実施の形態における運転状態検出装置は、燃焼室に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出装置を含む。検出した燃料の性状に基づいて、燃焼室の最大圧力を変更することができる。たとえば、内燃機関の燃料にアルコールが含まれる場合がある。本実施の形態においては、燃料の性状としてアルコール濃度を検出する内燃機関を例に取り上げて説明する。この内燃機関の運転時の特性は、アルコール濃度に依存する。
【０１２０】
図２０に、比較例の内燃機関における燃料に含まれるアルコール濃度と、遅角補正量との関係を説明するグラフを示す。比較例の内燃機関は、異常燃焼が生じる場合に点火時期を遅角させている。図２０の横軸は、燃料に含まれるアルコール濃度を示し、縦軸は、異常燃焼が生じないように点火時期を遅角させるときの遅角補正量を示す。燃料に含まれるアルコール濃度が高くなるほど、遅角補正量が小さくなっている。このように、内燃機関は、アルコール濃度が高くなるほど異常燃焼が発生しにくくなる。このため、本実施の形態における燃焼圧力制御装置においては、燃料に含まれるアルコール濃度に基づいて燃焼室の最大圧力を変更する。
【０１２１】
図２１に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置において、燃料に含まれるアルコール濃度に対する燃焼室の最大圧力のグラフを示す。アルコール濃度が高くなるほど、燃焼室の最大圧力を高く設定している。本実施の形態における燃料性状検出装置は、燃料に含まれるアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサを含む。図１を参照して、本実施の形態における内燃機関は、燃料供給流路に燃料性状センサ４５としてアルコール濃度センサが配置されている。アルコール濃度を関数にした要求する燃焼室の最大圧力を、予め電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶させておく。電子制御ユニット３１は、燃料に含まれるアルコール濃度を検出し、アルコール濃度に応じた燃焼室の最大圧力を選定する。電子制御ユニット３１は、管状部材６４が選定された燃焼室の最大圧力に対応する位置になるように、管状部材６４を回転させるモータ６６を制御する。図２１に示す例では、燃料に含まれるアルコール濃度が高くなるほど、筒状部材の移動量を小さくする制御を行うことができる。
【０１２２】
本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、３段階で燃焼室の最大圧力を制御しているが、この形態に限られず、任意の数の段階の最大圧力を設定することができる。たとえば、筒状部材の段差部に、任意の数の段差を設けることができる。または、筒状部材は、段差部の代わりに連続的に高さが変化する傾斜部を含んでいても構わない。
【０１２３】
内燃機関の運転状態としては、内燃機関の回転数および供給される燃料の性状の他に、吸気温度、内燃機関の冷却水温度、点火する直前における燃焼室の温度等を例示することができる。これらの温度が低いほど、燃焼室の最大圧力を高く設定することができる。たとえば、内燃機関は、点火する時の混合気の温度が低いほど異常燃焼が生じにくい。更に、内燃機関の圧縮比が可変の場合には、圧縮比が低いほど点火する時の温度が低くなる。このため、圧縮比が低いほど、燃焼室の最大圧力を高くすることができる。
【０１２４】
燃料の性状としては、アルコール濃度の他に、ガソリンのオクタン価等の耐ノッキング性を示す指標を例示することができる。たとえば、オクタン価が高い燃料等の異常燃焼が生じにくい燃料が燃焼室に供給されたことを検出して、燃焼室の最大圧力を高くすることができる。
【０１２５】
このように、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を変更することにより、異常燃焼の発生を抑制しながら、燃焼室の最大圧力を大きくすることができる。運転状態に応じて、異常燃焼の発生を抑制しながら、出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を抑制したりすることができる。
【０１２６】
また、本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材に段差部を形成し、管状部材に凸部を形成しているが、この形態に限られず、管状部材に段差部を形成し、筒状部材に凸部を形成しても構わない。また、本実施の形態における移動制限装置は、筒状部材の端面に対向する管状部材を含むが、この形態に限られず、筒状部材の移動量を制限する任意の装置を採用することができる。例えば、図１４を参照して、回転可能な移動制限装置をシリンダヘッド４の内部に配置し、シリンダヘッド４の内部から筒状部材の上側に突出部を突出させる。この突出部を段差部に接触させることにより、筒状部材の移動量を制限することができる。
【０１２７】
図１４および図１５を参照して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置は、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備える。本実施の形態における遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されている。本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材６４に取り付けられた遮蔽部材６４ｂを含む。また、本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材６４を回転させるモータ６６を含む。
【０１２８】
本実施の形態における遮蔽部材６４ｂは、管状部材６４と一体的に移動するように形成されている。遮蔽部材６４ｂは、板状に形成されている。本実施の形態における遮蔽部材６４ｂは、断面形状が円弧状に形成されている。遮蔽部材６４ｂは、管状部材６４が回転することにより、筒状部材６１に形成された開口部６１ａの一部を遮蔽することができるように形成されている。
【０１２９】
図２２に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の概略断面図を示す。図２２は、内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。燃焼室５には、機関吸気通路としての吸気ポート７を通って空気および燃料の混合気が導入される。燃焼室５において燃料の燃焼により生じた排気ガスは、機関排気通路としての排気ポート９を通って排出される。
【０１３０】
本実施の形態においては、シリンダヘッド４に燃焼室５の入口部７ａ，７ｂが形成されている。また、シリンダヘッド４に燃焼室５の出口部９ａ，９ｂが形成されている。本実施の形態における内燃機関は、１つの燃焼室５に対して２つの吸気弁６および２つの排気弁８が配置されている。１つの燃焼室５に配置される吸気弁および排気弁の数は、この形態に限られず、任意の数を採用することができる。
【０１３１】
図２２に示す内燃機関の例においては、燃焼室５の入口部７ａおよび入口部７ｂのうち、入口部７ａに対応して燃焼圧力制御装置の遮蔽装置が配置されている。図１５を参照して、モータ６６を駆動することにより、管状部材６４および遮蔽部材６４ｂが回転する。遮蔽部材６４ｂが回転することにより、筒状部材６１の開口部６１ａの一部が遮蔽される。機関吸気通路の流路断面積が小さくなる。
【０１３２】
図２２を参照して、燃焼室５には、矢印２０４に示すように入口部７ａから混合気が流入する。また、燃焼室５には、矢印２０３に示すように入口部７ｂから混合気が流入する。入口部７ａに通じる吸気ポート７に遮蔽部材６４ｂが配置されることにより、入口部７ａに通じる機関吸気通路の流路断面積が小さくなる。入口部７ａから流入する混合気の流量が小さくなる。
【０１３３】
これに対して、燃焼室５の入口部７ｂにおいては、遮蔽部材６４ｂが配置されていないために、入口部７ｂから流入する混合気の流量は、入口部７ａから流入する混合気の流量よりも大きくなる。このために、矢印２０３に示すように、燃焼室５において周方向に沿って回転する流れが促進される。すなわち、燃焼室５においてスワール流を促進することができる。
【０１３４】
図２３に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置を備える他の内燃機関の概略断面図を示す。図２３は、他の内燃機関の燃焼室、機関吸気通路および機関排気通路の概略断面図である。他の内燃機関においては、燃焼室５の入口部７ａおよび入口部７ｂの両方に対応して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置が取り付けられている。他の内燃機関においては、スワール流を強化するために、入口部７ａに通じる吸気ポート７が湾曲している。
【０１３５】
他の内燃機関において、入口部７ａおよび入口部７ｂのそれぞれに配置されている遮蔽装置の遮蔽部材６４ｂにより、それぞれの吸気ポート７の通路の一部が遮蔽される。入口部７ａに対応して配置されている遮蔽部材６４ｂおよび入口部７ｂに対応して配置されている遮蔽部材６４ｂは、燃焼室５を平面視したときの略円形状の中心に近い領域に配置されている。それぞれの吸気ポート７は、燃焼室５の外周に近接する領域が開口している。このため、入口部７ａを通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０５に示すように、燃焼室５の周方向の流れを促進する。また、入口部７ｂを通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０６に示すように、燃焼室５の周方向の流れを促進する。このように、他の内燃機関においても周方向の流れを促進することができる。
【０１３６】
本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の遮蔽部材６４ｂは、開口部６１ａの高さ方向の全体を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、開口部６１ａの高さ方向の一部を遮蔽するように形成されていても構わない。また、遮蔽部材６４ｂは、開口部６１ａの全体を遮蔽するように形成されていても構わない。また、遮蔽装置の遮蔽部材は、機関吸気通路が燃焼室に接続される角度や形状に応じて、スワール流を形成する任意の形状を採用することができる。
【０１３７】
図２４は、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の筒状部材と管状部材との部分の概略斜視図である。第２の燃焼圧力制御装置においては、管状部材６４に開口部６１ａの高さ方向の長さが短い遮蔽部材６４ｂが取り付けられている。第２の燃焼圧力制御装置は、燃焼室５における軸方向の流れを促進する。第２の燃焼圧力制御装置における遮蔽部材６４ｂは、筒状部材６１の開口部６１ａのうち上部を遮蔽するように形成されている。本実施の形態においては、遮蔽部材６４ｂが開口部６１ａの略上半分を遮蔽する。この時には、開口部６１ａの略下半分が開口する。
【０１３８】
図２５に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の概略断面図を示す。図２５は、遮蔽装置によって機関吸気通路の一部を遮蔽したときの概略断面図である。遮蔽部材６４ｂにより筒状部材６１の開口部６１ａの上部を遮蔽することにより、機関吸気通路が吸気ポート７の下部の領域に制限される。吸気ポート７を通って燃焼室５に流入する混合気は、矢印２０７に示すように、水平方向の速度成分が大きくなる。この結果、燃焼室５の軸方向の流れを促進することができる。すなわち、燃焼室５においてタンブル流を促進することができる。
【０１３９】
本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の遮蔽部材は、開口部６１ａの幅方向のうち一部を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、開口部６１ａの幅方向の全体を覆う様に形成されていても構わない。また、遮蔽装置の遮蔽部材は、機関吸気通路が燃焼室に接続される角度や形状に応じて、ダンブル流を形成する任意の形状を採用することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態における遮蔽装置は、管状部材に遮蔽部材が取り付けられており、遮蔽部材が回転することにより、遮蔽部材が筒状部材の開口部を遮蔽するように形成されているが、この形態に限られず、遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽することにより、燃焼室においてスワール流やダンブル流等の攪拌流が促進されるように形成されていれば構わない。
【０１４１】
ところで、内燃機関が運転状態検出装置を備える場合には、検出した運転状態に応じてスワール流やダンブル流などの攪拌流れを形成することができる。
【０１４２】
内燃機関は、所定の運転状態において失火の虞が生じる場合がある。たとえば、排気ガスの再循環装置を備える内燃機関、または燃焼時の空燃比を大きくした状態で燃焼を行なう内燃機関（例えばリーンバーンエンジン）等では、失火の虞が生じる場合がある。これらの排気ガスの再循環装置を備える内燃機関や、空燃比を大きく制御する内燃機関においては、吸気損失や排気損失を減少させることができて熱効率が向上する。すなわち、ポンピングロスが小さくなって熱効率が向上する。ところが、このような内燃機関においては、燃料が燃焼するときの空燃比が大きくなるために燃焼速度が遅くなる。このために燃焼室において失火が生じ易くなる。
【０１４３】
失火の虞が生じる内燃機関においては、燃焼室の内部でスワール流やダンブル流などの攪拌流れを形成することにより、燃焼速度を大きくして失火を抑制することができる。一方で、燃焼室においてスワール流やタンブル流等を形成すると、燃焼速度が大きくなるために熱効率が低くなる。燃焼速度が大きいと燃焼したときの燃焼ガスの最高温度が高くなる。このため、燃焼室から外部に放出される熱量が大きくなって熱効率が低くなる。
【０１４４】
図１５および図２４を参照して、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置および第２の燃焼圧力制御装置は、移動制限装置および遮蔽装置を備えている。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、遮蔽装置により燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、筒状部材の移動量を小さく制限するように形成されている。すなわち、燃焼室における攪拌流が強く促進されるほど、燃焼室の最高圧力が高くなるように形成されている。このために、攪拌流を促進して失火を抑制しながら、熱効率を高くすることができる。
【０１４５】
図１を参照して、本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの再循環装置を備える。排気ガスの再循環装置は、ＥＧＲガス導管２６およびＥＧＲ制御弁２７を含む。排気ガスの再循環率は、ＥＧＲ制御弁２７の開度を変更することにより調整することができる。本実施の形態においては、運転状態検出装置が、排気ガスの再循環率を検出する。排気ガスの再循環率は、エアフローメータ１６の出力値およびＥＧＲ制御弁の開度等に基づいて推定することができる。
【０１４６】
本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの再循環率を大きくした場合には、遮蔽装置により、機関吸気通路の流路断面積を小さくして燃焼室における攪拌流を促進することができる。攪拌流を促進することにより失火を抑制できる。さらに、移動制限装置により筒状部材の移動量を小さくして、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることにより、熱効率の改善を図ることができる。
【０１４７】
また、本実施の形態における内燃機関は、燃焼時の空燃比が大きくなるように制御することができる。本実施の形態においては、運転状態検出装置が、燃焼時の空燃比を検出する。燃焼時の空燃比は、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量およびエアフローメータ１６の出力値等に基づいて推定することができる。本実施の形態における内燃機関は、燃焼時の空燃比を大きくした場合には、遮蔽装置により、機関吸気通路の流路断面積を小さくして燃焼室における攪拌流を促進することができる。攪拌流を促進することにより失火を抑制できる。さらに、移動制限装置により筒状部材の移動量を小さくして、燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることができる。燃焼室が到達する最大圧力を大きくすることにより、熱効率の改善を図ることができる。
【０１４８】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室において形成される攪拌流を促進すると共に燃焼室において到達する最大圧力を高くすることができる。
【０１４９】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、筒状部材の移動量を制限する移動制限装置と、燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置との両方を備えるが、この形態に限られず、燃焼圧力制御装置は、一方のみを備えていても構わない。たとえば、遮蔽装置を含まずに移動制限装置を含む燃焼圧力制御装置が、排気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。
【０１５０】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１５１】
（実施の形態３）
図２６から図３５を参照して、実施の形態３における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態においては、排気弁が配置されている領域に配置されている燃焼圧力制御装置を例に取り上げて説明する。
【０１５２】
図２６に、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の概略断面図を示す。排気ポート９が燃焼室５に接続される部分に、枠部材６０、筒状部材６１および流体ばね６３が配置されていることは、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置と同様である（図２参照）。本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置は、排気弁８の第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとの間にコイルスプリングが配置されていない。排気弁８の棒状部は、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが一体化されている。
【０１５３】
図２７に、排気弁を駆動するカムおよびロッカーアームの部分の概略斜視図を示す。図２６および図２７を参照して、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁を閉じたり開いたりするためのカムを備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気弁８を駆動する排気カム９０を備える。
【０１５４】
排気カム９０は、カムシャフト９２に支持されている。矢印２０９に示すように、カムシャフト９２が回転することにより、排気カム９０が回転する。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、排気カム９０の駆動力を伝達する伝達部材としてのロッカーアーム９３を備える。ロッカーアーム９３は、ロッカーシャフト９４に支持されている。ロッカーアーム９３は、矢印２０８に示すように、ロッカーシャフト９４を揺動中心として揺動するように形成されている。ロッカーアーム９３は、排気弁８を押圧する押圧部９３ａを有する。押圧部９３ａは、排気弁８の第２ステム５５ｃの端部を押圧するように形成されている。
【０１５５】
本実施の形態におけるロッカーアーム９３は、排気カム９０に当接する当接部９５を有する。当接部９５は、排気カム９０に向かって突出する突出部９５ａを有する。本実施の形態における突出部９５ａは、排気カム９０の幅方向に延びるように形成されている。
【０１５６】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、クランク角度に対して排気カムの位相を変化させる可変動弁機構を備える。すなわち、気筒におけるピストン３の位置に対して排気カムの位相を変化させる可変動弁機構を備える。本実施の形態においては、可変動弁機構として可変バルブタイミング装置７０を備える。可変バルブタイミング装置７０は、カムシャフト９２の端部に取り付けられている。可変バルブタイミング装置７０は、電子制御ユニット３１の出力ポート３６に接続されている。可変バルブタイミング装置７０は、電子制御ユニット３１により制御されている（図１参照）。
【０１５７】
図２８に、本実施の形態における可変バルブタイミング装置の概略図を示す。本実施の形態における可変バルブタイミング装置７０は、機関本体のクランクシャフトに係合しているタイミングベルトにより矢印２０９の方向に回転するタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と共に回転する円筒状ハウジング７２とを備える。可変バルブタイミング装置７０は、カムシャフト９２と共に回転し、かつ円筒状ハウジング７２に対して相対的な回転が可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４同士の間で、回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを備えている。ベーン７５の両側には、それぞれ進角用の油圧室７６と遅角用の油圧室７７とが形成されている。
【０１５８】
可変バルブタイミング装置７０は、それぞれの油圧室７６，７７に作動油を供給する供給装置を含む。供給装置は、作動油供給制御弁７８を含む。作動油供給制御弁７８は、油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通および遮断の制御を行うスプール弁８５とを含んでいる。
【０１５９】
カムシャフト９２に固定された排気カム９０の位相を進角すべきときは、図２８においてスプール弁８５を右方に移動する。供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用の油圧室７６に供給されると共に、遅角用の油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印２０９の方向に相対的に回転される。
【０１６０】
これに対し、カムシャフト９２に固定された排気カム９０の位相を遅角すべきときは、図２８においてスプール弁８５を左方に移動する。供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用の油圧室７７に供給されると共に、進角用の油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印２０９と反対方向に相対的に回転される。
【０１６１】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対的に回転しているときにスプール弁８５が中立位置に戻されることにより、回転軸７３の回転動作が停止する。回転軸７３は、そのときの位置に保持される。従って可変バルブタイミング装置７０によって、カムシャフト９２に固定されている排気カム９０の位相を所望の量だけ進角させることができる。または、排気カム９０の位相を所望の量だけ遅角させることができる。
【０１６２】
このように、可変バルブタイミング装置を駆動することにより、所定の角度の範囲内でクランク角度に対する排気カム９０の位相を変化させることができる。なお、可変動弁機構は、上記の可変バルブタイミング装置に限られず、カムの位相を調整することができる任意の装置を採用することができる。
【０１６３】
図２９に、本実施の形態における排気カムの拡大概略断面図を示す。排気カム９０は、断面形状が略円形のベースサークル部９０ａと、ベースサークル部９０ａから外側に膨らむカムノーズ部９０ｂを有する。ベースサークル部９０ａからの径方向の膨らみ量をカムリフト量Ｌと称すると、カムノーズ部９０ｂではカムリフト量Ｌが正の値になる。図２６を参照して、カムノーズ部９０ｂが、当接部９５の突出部９５ａを押圧することにより、ロッカーアーム９３が揺動する。ロッカーアーム９３の押圧部９３ａが排気弁８を押圧することにより、排気弁８が開いた状態になる。
【０１６４】
図２９を参照して、本実施の形態における排気カム９０は、外周面の一部に凹んだ凹部９０ｃを有する。凹部９０ｃが形成されている範囲では、カムリフト量Ｌは、負の値になる。本実施の形態における凹部９０ｃは、排気カム９０の位相が遅角側に設定され、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間中に、排気弁８が燃焼室５から遠ざかる向きに自由に移動できる深さおよび位相で形成されている。
【０１６５】
図２６を参照して、排気カム９０の位相が遅角側に設定され、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達すると流体ばね６３が縮む。排気弁８は、燃焼室５から遠ざかる向きに移動する。排気弁８の先端部が、ロッカーアーム９３の押圧部９３ａを持ち上げる。このときに、当接部９５の突出部９５ａが排気カム９０の凹部９０ｃの内部に配置される。突出部９５ａと凹部９０ｃの底面との間に隙間が生じている。このように、凹部９０ｃは、流体ばね６３が縮んでいる期間中に、流体ばね６３の縮み量に合わせて開閉弁が移動できるように形成されている。
【０１６６】
図３０に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置のタイムチャートを示す。排気カムのカムリフト量については、排気カムを遅角側の位相に設定した場合と排気カムを進角側の位相に設定した場合とについて記載している。図３０に示す例においては、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間が、燃焼室の圧力が制御圧力以上になっており、流体ばね６３が縮んでいる。
【０１６７】
排気カムの位相を遅角側に設定した場合には、点火した後に圧力が上昇するまでの期間では、カムリフト量がほぼ零である。燃焼室の圧力上昇に伴ってカムリフト量が減少する。図３０に示す例では、時刻ｔ１になるまでに排気カムのカムリフト量Ｌが最小になっている。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間では、最小のカムリフト量が維持されている。排気カムの位相を遅角側に設定した場合には、燃焼室の圧力が制御圧力に到達するまでに、当接部９５の突出部９５ａと凹部９０ｃとの間に隙間が形成される。排気弁８の拘束が解除される。流体ばね６３が縮む量に対応して排気弁８が持ち上げられる。このために、排気カムの位相を遅角側に設定した場合の燃焼室の圧力は、実施の形態１に示したように流体ばね６３が縮んでいる期間においては、ほぼ一定に保たれる（たとえば図５参照）。
【０１６８】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、運転状態検出装置を備える。運転状態検出装置が運転状態を検出し、所定の運転状態において、燃焼室の最大圧力を上昇させる制御を行う。本実施の形態における燃焼圧力制御装置では、燃焼室の最大圧力を上昇させる場合には、可変バルブタイミング装置７０により排気カム９０の位相を進角させる。
【０１６９】
可変バルブタイミング装置７０により、排気カム９０の位相を進角させることにより、矢印２１１に示すように、排気カムのリフト量が負になる時刻が早くなる。排気カム９０の凹部９０ｃの位相が進角する。このため、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間の後半部分において、当接部９５の突出部９５ａを排気カム９０の凹部９０ｃの壁面に接触させることができる。排気カム９０の凹部９０ｃの壁面により当接部９５が押圧される。このために、排気弁８の燃焼室５から離れる向きへの移動が制限される。排気弁８がロッカーアーム９３を介して押圧される。排気弁８が燃焼室５に向かって移動する。燃焼室５の容積が小さくなり、燃焼室５の圧力が上昇する。
【０１７０】
図３０に示す運転制御例においては、時刻ｔ２において当接部９５の突出部９５ａが凹部９０ｃの壁面に接触している。時刻ｔ２において、突出部９５ａと排気カム９０の凹部９０ｃとの隙間が零になっている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、排気弁８が燃焼室５に向かって移動している。この移動に伴って流体ばね６３の縮み量が、排気カム９０の位相を遅角側に設定した場合よりも急激に減少して零に近づいている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間においては、燃焼室５の圧力が上昇している。
【０１７１】
このように、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、可変バルブタイミング装置によりカムの位相を変化させることにより、流体ばねが縮んでいる期間中に排気弁の移動量を制限することができる。本実施の形態の燃焼圧力制御装置においても、実施の形態２における燃焼圧力制御装置と同様に、運転状態検出装置により検出した運転状態に応じて、燃焼室の最大圧力を調整することができる。
【０１７２】
図３０に示す運転制御例においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間のうち、流体ばねの縮み量が減少している期間に排気弁の移動量を制限している。排気カムの位相を進角することにより、燃焼室の最大圧力を上昇させているが、この形態に限られず、排気カムの位相を遅角することにより、排気カムの凹部の壁面にロッカーアームの当接部を接触させて、燃焼室の最大圧力を上昇させても構わない。すなわち、流体ばねの縮み量が増加している期間に排気弁の移動量を制限しても構わない。しかし、流体ばねの縮み量が減少している期間に排気弁の移動量を制限することにより、排気カムの凹部とロッカーアームの当接部との摩擦を小さくすることができる。または、排気カムを回転するためのトルクを小さくすることができる。
【０１７３】
図３１に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の排気カムおよびロッカーアームの部分の概略斜視図を示す。本実施の形態の第２の燃焼圧力制御装置は、排気弁８を駆動するための第１の排気カム９０および第２の排気カム９１を備え、２つの排気カムが切り替え可能に形成されている。ロッカーアーム９３は、第１の排気カム９０に当接する当接部９５と、第２の排気カム９１に当接する当接部９６とを有する。本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置は、可変バルブタイミング装置を備えていないが、この形態に限られず、可変バルブタイミング装置を備えていても構わない。
【０１７４】
第１の排気カム９０は、本実施の形態における第１の燃焼圧力制御装置の排気カム９０と同様である（図２９参照）。第１の排気カム９０には凹部９０ｃが形成され、凹部９０ｃは、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間に、排気弁８の移動を拘束しないように形成されている。
【０１７５】
図３２に、本実施の形態における第２の排気カムの概略断面図を示す。本実施の形態における第２の排気カム９１は、断面形状が略円形のベースサークル部９１ａ、カムノーズ部９１ｂおよび凹部９１ｃを有する。第２の排気カム９１の凹部９１ｃは、第１の排気カム９０の凹部９０ｃよりも浅く形成されている。第２の排気カム９１の凹部９１ｃの底部における負のリフト量Ｌの大きさ（絶対値）は、第１の排気カム９０の凹部９０ｃの底部のリフト量Ｌの大きさ（絶対値）よりも小さくなっている。凹部９１ｃは、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に排気弁を駆動する領域または位相に形成されている。さらに、凹部９１ｃは、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に、排気弁８の移動を拘束するように浅く形成されている。
【０１７６】
図３１を参照して、本実施の形態の燃焼圧力制御装置は、排気弁８を作動させるためのカムとして、第１の排気カム９０と第２の排気カム９１とを切替える切替え装置９７を備える。本実施の形態におけるカムの切替え装置９７は、第２の排気カム９１の駆動力をロッカーアーム９３に伝達したり解除したりすることができるように形成されている。第２の排気カム９１の駆動力がロッカーアーム９３に伝達されるときには、第１の排気カム９０の駆動力の伝達は解除される。
【０１７７】
図３３に、本実施の形態におけるカムの切替え装置の第１の概略断面図を示す。図３３は、第２の排気カム９１の駆動力の伝達が解除されているときの概略断面図である。本実施の形態におけるカムの切替え装置は、筐体１１０を備える。筐体１１０の内部には、ストッパー部材１１１が配置されている。ストッパー部材１１１は、断面形状がコの字型に形成されている。ストッパー部材１１１は、筐体１１０の内部で移動可能に形成されている。
【０１７８】
ストッパー部材１１１の内部には、ばね１１４が配置されている。ばね１１４の先端には、押圧部材１１２が配置されている。ばね１１４は、押圧部材１１２を押す向きに付勢している。ストッパー部材１１１は、支持部材１１３に向かう側と反対側に押圧されている。
【０１７９】
本実施の形態における切替え装置は、当接部９６に固定されている支持部材１１３を含む。支持部材１１３は、筐体１１０に支持されている。支持部材１１３は、筐体１１０に対して軸方向に移動可能に形成されている。ストッパー部材１１１の端面１１１ａは、支持部材１１３に当接している。また、押圧部材１１２の端面も支持部材１１３に当接している。当接部９６は、ばね１１５により、当接部９６が排気カム９１に向かう側に付勢されている。当接部９６は、筐体１１０から飛び出す向きに付勢されている。当接部９６および支持部材１１３は、矢印２１０に示すように、支持部材１１３が延びる方向に自由に移動する。
【０１８０】
図３１および図３３を参照して、第２の排気カム９１が当接部９６を押圧することにより、ばね１１５が縮んで当接部９６が押し下げられる。図３３は、当接部９６が押し下げられた状態を示している。第２の排気カム９１の駆動力は、当接部９６および支持部材１１３の移動により吸収される。第２の排気カム９１とロッカーアーム９３との連結が解除される。この場合には、ロッカーアーム９３は、第１の排気カム９０により駆動される。
【０１８１】
カムの切替え装置９７の筐体１１０には、油路１１０ａが形成されている。油路１１０ａは、ストッパー部材１１１が配置されている空間に作動油を供給できるように形成されている。油路１１０ａは、例えば、ロッカーシャフト９４の内部に形成された油路を介して作動油供給装置１１６に接続されている。筐体１１０の内部には、矢印２１２に示す向きにストッパー部材１１１を押圧するために作動油が供給される。
【０１８２】
図３４に、本実施の形態におけるカムの切替え装置の第２の概略断面図を示す。図３４は、第２の排気カム９１の駆動力が伝達されているときの概略断面図である。作動油供給装置１１６により、油路１１０ａを通じて加圧されたオイルが筐体１１０の内部に供給される。ばね１１４の付勢力よりも大きな作動油の押圧力により、ストッパー部材１１１が矢印２１２に示す向きに移動する。当接部９６が上昇しているときに、ストッパー部材１１１が移動することにより、ストッパー部材１１１の一部分が、支持部材１１３の下側に配置される。このため、当接部９６および支持部材１１３が第２の排気カム９１から離れる向きに移動することが制限される。
【０１８３】
この場合に、図３１を参照して、第２の排気カム９１による駆動力がロッカーアーム９３に伝達される。第１の排気カム９０および第２の排気カム９１は、ベースサークル部９０ａ，９１ａおよびカムノーズ部９０ｂ，９１ｂは互いに略同一形状である。ところが、第２の排気カム９１の凹部９１ｃは、排気弁８の移動量を制限するように形成されている。当接部９６の突出部９６ａが第２の排気カム９１の凹部９１ｃに接触する。燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間において、排気弁８の燃焼室の外側に向かう移動を制限することができる。排気弁８は、第２の排気カム９１により押圧される。流体ばねの縮み量および筒状部材の移動量を制限することができる。この結果、燃焼室５が到達する最大圧力を高くすることができる。一方で当接部９５の突出部９５ａは、第１の排気カム９０の凹部９０ｃから離れている状態である。第１の排気カム９０の駆動力の伝達が解除される。
【０１８４】
図３５に、本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置の燃焼室の圧力のグラフを示す。第１の排気カム９０により排気弁を駆動した場合よりも第２の排気カム９１により排気弁を駆動した場合の方が、燃焼室の到達する最大圧力が大きくなることが分かる。
【０１８５】
本実施の形態の第２の燃焼圧力制御装置においては、排気カムを切替えることにより、燃焼室が到達する最大圧力を調整することができる。たとえば、運転状態検出装置により内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定することができる。
【０１８６】
本実施の形態における第２の燃焼圧力制御装置のカムの切替え装置は、第２の排気カムの駆動力を伝達したり解除したりするように形成されているが、この形態に限られず、カムの切替え装置は、複数のカムを切替えることができる任意の装置を採用することができる。また、本実施の形態においては、２個のカムが配置されているが、この形態に限られず、３個以上のカムが配置されていても構わない。
【０１８７】
本実施の形態の第１の燃焼圧力制御装置および第２の燃焼圧力制御装置においては、排気カムの駆動力を、ロッカーアームを介して排気弁に伝達しているが、この形態に限られず、ロッカーアームを介さずに、排気弁の駆動力を直接的に排気弁に伝達するように形成されていても構わない。
【０１８８】
また、本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、開閉弁としての排気弁、およびカムとしての排気カムを備える例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、開閉弁として吸気弁、およびカムとして吸気カムを備えていても構わない。すなわち、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、吸気弁が配置されている領域に配置されていても構わない。
【０１８９】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１９０】
（実施の形態４）
図３６から図４０を参照して、実施の形態４における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態においては、吸気弁および排気弁のうち、排気弁が配置されている領域に取り付けられている燃焼圧力制御装置を例に取り上げて説明する。
【０１９１】
図３６は、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の概略断面図である。排気ポート９が燃焼室５に接続される部分に、枠部材６０、筒状部材６１および流体ばね６３が配置されていることは、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置と同様である（図２参照）。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、開閉弁としての排気弁８を開閉する駆動装置が実施の形態１と異なる。本実施の形態における燃焼圧力制度装置は、排気弁８を駆動するための電磁駆動装置１２０を備える。電磁駆動装置１２０は電磁石を含み、電磁石の磁力により排気弁８を開くことができる。
【０１９２】
本実施の形態における電磁駆動装置１２０は、筐体１２８を含む。本実施の形態における筐体１２８は、シリンダヘッド４に固定されている。筐体１２８の内部には、上側コア１２１と下側コア１２２とが配置されている。上側コア１２１および下側コア１２２は、磁性体で形成されている。上側コア１２１および下側コア１２２は、筐体１２８に固定されている。上側コア１２１の内部には、上側コイル１２３が配置されている。さらに下側コア１２２の内部には、下側コイル１２４が配置されている。上側コイル１２３は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１２６に接続されている。下側コイル１２４は、励磁するために電力を供給する電力供給装置１２７に接続されている。それぞれの電力供給装置１２６，１２７は、電子制御ユニット３１に制御されている。
【０１９３】
排気弁８の第２ステム５５ｃは、上側コア１２１および下側コア１２２を貫通している。第２ステム５５ｃは、上側コア１２１および下側コア１２２の内部を移動可能に形成されている。バルブスプリング５１を固定するためのスプリングリテーナ１２５は、排気弁８の第２ステム５５ｃに固定されている。
【０１９４】
電磁駆動装置１２０は、第２ステム５５ｃに固定されている可動子１２９を含む。可動子１２９は、上側コア１２１と下側コア１２２との間に配置されている。可動子１２９は、磁性体で形成されている。排気弁８は、矢印２０１に示す向きに移動する。上側コイル１２３および下側コイル１２４に通電されていない状態では、排気弁８は、バルブスプリング５１の付勢力により閉じている。排気弁８を開くときには、下側コイル１２４に通電して下側コア１２２を励磁する。可動子１２９が下側コア１２２に引き寄せられる。第２ステム５５ｃが燃焼室の側に向かって移動することにより排気弁８を開くことができる。なお、電磁駆動装置は、上記の形態に限られず、磁力により開閉弁の開閉を行なうことができる任意の電磁駆動装置を採用することができる。
【０１９５】
本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに流体ばね６３が縮み、筒状部材６１および傘部５５ａが移動することにより、燃焼室５の圧力上昇が抑制される。さらに、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達している期間中に、電磁駆動装置１２０を駆動することにより燃焼室５の圧力を調整することができる。
【０１９６】
上記の実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達して、傘部５５ａが移動したときにコイルスプリング５４が縮むように形成されているが、この形態に限られず、燃焼圧力制御装置は、コイルスプリング５４を含んでおらず、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが互いに固定されていても構わない。すなわち、ステムが一体化されていても構わない。この燃焼圧力制御装置においては、上側コア１２１と可動子１２９との間に隙間を形成する。隙間は、流体ばね６３が縮んだときの可動子１２９の移動量よりも大きく形成する。すなわち、傘部５５ａが自由に移動できるように隙間を形成する。燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときには、第１ステム５５ｂと第２ステム５５ｃとが、燃焼室から離れる向きに一体的に移動する。このときには、流体ばね６３が縮むことにより、燃焼室の圧力を制御することができる。
【０１９７】
図３７に、筒状部材および流体ばね等を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフを示す。図３７は、たとえば、実施の形態１における第１の燃焼圧力制御装置を備える内燃機関の燃焼室の圧力のグラフである。燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼圧力制御装置の応答遅れに起因して、燃焼室の圧力にオーバーシュートが生じる場合がある。燃料が燃焼したときに、流体ばね６３の縮む動作および筒状部材６１の移動が、燃焼室５の圧力上昇から遅れる場合がある。このために、燃焼室５の圧力が一時的に制御圧力を超える場合がある。
【０１９８】
また、燃焼室の圧力が制御圧力から下降するときに、燃焼圧力制御装置の応答遅れに起因して、燃焼室の圧力にアンダーシュートが生じる場合がある。燃焼室の圧力が制御圧力から下降する場合に、流体ばね６３の伸びる動作および筒状部材６１の移動が、燃焼室の圧力降下から遅れる場合がある。このために、燃焼室５の圧力が、一時的に過剰に下がる場合がある。
【０１９９】
図３８に、本実施の形態の燃焼圧力制御装置における第１の運転制御のタイムチャートを示す。通常の運転時において、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中には、上側コイル１２３および下側コイル１２４には通電を行なっていない。時刻ｔ１において燃焼室の圧力が制御圧力に到達している。本実施の形態の燃焼圧力制御装置においては、時刻ｔ１から上側コイル１２３に対して短時間の通電を行なう。または、パルス状の通電を行なう。上側コイル１２３に通電することにより、上側コア１２１が励磁される。可動子１２９が燃焼室から離れる向きに引き寄せられる。この結果、排気弁８に対して、燃焼室５の容積が大きくなり、圧力が小さくなる方向に力を印加することができる。このために、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときのオーバーシュートを抑制することができる。
【０２００】
また、燃焼室の圧力は、時刻ｔ２において下がり始めている。本実施の形態の第１の運転制御においては、時刻ｔ２から下側コイル１２４に短時間の通電を行なう。または、パルス状の通電を行なう。下側コイル１２４に通電することにより、下側コア１２２が励磁される。可動子１２９が燃焼室に向かう方向に引き寄せられる。排気弁８に対して、燃焼室５の容積が小さくなり、燃焼室５の圧力が大きくなる方向に力を印加することができる。このため、燃焼室５の圧力が制御圧力から下がり始めるときのアンダーシュートを抑制することができる。ところで、アンダーシュートを抑制するために下側コイル１２４に通電する場合には、下側コイル１２４の通電量が大きすぎると排気弁８が開く虞が生じる。このために、下側コイル１２４の通電は、開閉弁が開く通電量未満で行なうことが好ましい。
【０２０１】
本実施の形態においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに上側コイルに通電を行っている。また、燃焼室の圧力が減少し始めるときに下側コイルに通電を行なっている。通電する時期については、この形態に限られず、燃焼室の圧力が制御圧力に到達する時刻の近傍において、上側コイルに通電することができる。または、燃焼室の圧力が下がり始める時刻の近傍において、下側コイルに通電することができる。
【０２０２】
図３９に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の第２の運転制御のタイムチャートを示す。第２の運転制御においては、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間において、開閉弁を燃焼室の外側に向かう方向に付勢するコイルに通電を行なう。第２の運転制御においては、圧縮行程において燃焼室の圧力が上がり始める時刻ｔ１から膨張行程において燃焼室の圧力の降下が終了する時刻ｔ４まで、上側コイル１２３に通電を行なっている。
【０２０３】
上側コイル１２３に通電を行なうことにより、上側コア１２１が励磁される。可動子１２９は、上側コア１２１に引き寄せられる。可動子１２９は、燃焼室から遠ざかる向きに付勢される。排気弁８は、燃焼室５の容積が大きくなる方向に付勢力が付与される。このために、流体ばね６３が縮み始めるときの燃焼室の圧力である制御圧力を低くすることができる。例えば、運転状態検出装置により運転状態を検出し、それぞれの運転状態に応じて、制御圧力を変更することができる。
【０２０４】
また、上側コイルに通電する通電量を調整することにより、制御圧力を任意に調整することができる。例えば、上側コイルに通電する通電量を大きくすることにより、燃焼室の制御圧力をより低くすることができる。
【０２０５】
本実施の形態における第２の運転制御においては、燃焼室の圧力上昇が開始する時期から燃焼室の圧力降下が終了する時期まで通電を行なっている。通電時期については、この形態に限られず、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間のうち少なくとも一部の期間に、上側コイルに通電を行なうことができる。たとえば、燃焼室の圧力が制御圧力に到達する直前から燃焼室の圧力が制御圧力から降下し始めた直後までの期間において、上側コイルに通電を行なうことができる。
【０２０６】
ところで、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間以外の期間に通電を行なう場合には、上側コイルの通電量が大きすぎると、上側コイルの磁力により筒状部材が移動する虞が生じる。このために、上側コイルの通電量は、筒状部材が移動する通電量未満であることが好ましい。
【０２０７】
図４０に、本実施の形態における燃焼圧力制御装置の第３の運転制御のタイムチャートを示す。第３の運転制御においては、流体バネが伸びて元の状態に戻る直前に上側コイルに通電する制御を行なっている。
【０２０８】
本実施の形態の第３の運転制御においては、時刻ｔ１において筒状部材６１が燃焼室５から離れる向きに移動して流体ばね６３が縮む。この後に、筒状部材６１が燃焼室５に向かう側に移動して流体ばね６３が伸びる。時刻ｔ２において、筒状部材６１が元の位置に戻っている。時刻ｔ２において、筒状部材６１の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに着底するときに、騒音や振動が発生する場合がある。
【０２０９】
本実施の形態の第３の運転制御においては、筒状部材６１の端部が枠部材６０の係止部６０ｂに到達する直前に、排気弁８を閉じる向きに付勢するコイルに通電を行なう。本実施の形態においては、時刻ｔ２の直前に短時間で上側コイル１２３に通電を行なっている。または、パルス状に通電を行っている。この制御を行なうことにより、筒状部材６１が枠部材６０の係止部６０ｂに着底するときの速度を遅くすることができ、筒状部材６１が着底するときに生じる騒音や振動を抑制することができる。また、振動等により燃焼室の圧力が不安定になることを抑制できる。
【０２１０】
本実施の形態の第３の運転制御においては、筒状部材が枠部材の係止部に着底する直前に上側コイルの通電を行なっているが、この形態に限られず、筒状部材が燃焼室に向かって移動している期間中に、上側コイルに通電を行なっても構わない。この制御においても、筒状部材が着底するときの筒状部材の速度を小さくすることができて騒音や振動を抑制することができる。
【０２１１】
上記の第１の運転制御から第３の運転制御に示すように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することができる。
【０２１２】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０２１３】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０２１４】
１    機関本体
４    シリンダヘッド
５    燃焼室
６    吸気弁
７    吸気ポート
８    排気弁
９    排気ポート
３１    電子制御ユニット
４５    燃料性状センサ
５１    バルブスプリング
５４    コイルスプリング
５５ａ    傘部
５５ｂ    第１ステム
５５ｃ    第２ステム
６０    枠部材
６１    筒状部材
６３    流体ばね
６４    管状部材
６４ｂ    遮蔽部材
７０    可変バルブタイミング装置
９０，９１    排気カム
９０ｃ，９１ｃ    凹部
９５，９６    当接部
９５ａ，９６ａ    突出部
９７    切替え装置
１２０    電磁駆動装置
１２３    上側コイル
１２４    下側コイル
１２９    可動子
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状部および傘部を有し、燃焼室に通じる通路を開閉可能に形成されている開閉弁と、
燃焼室に通じる通路を含み、開閉弁を支持する支持構造物と、
燃焼室に通じる通路において開閉弁が配置されている領域に配置され、燃焼室に対向する一方の端部が開閉弁の傘部に係止している介在部材と、
介在部材を燃焼室に向かう側に付勢するためのばね装置と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出装置と、
介在部材の移動量を制限する移動制限装置とを備え、
介在部材は、開閉弁の移動方向とほぼ平行に移動可能に形成され、一方の端部と反対側の他方の端部がばね装置に当接しており、
ばね装置は、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として縮むように形成されており、
燃焼室が燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に制御圧力に到達すると、ばね装置が縮むことにより、傘部および介在部材が燃焼室の外側に向かって移動し、燃焼室の容積が増加し、
内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に応じて燃焼室の最大圧力を選定し、選定した燃焼室の最大圧力に基づいて介在部材の移動量を制限することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
燃焼室に通じる通路の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽装置を備え、
遮蔽装置は、燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど燃焼室において周方向の流れまたは軸方向の流れを促進するように形成されており、
燃焼室に通じる通路の流路断面積が小さくなるほど、移動制限装置により介在部材の移動量が小さくなるように制限して、燃焼室の最大圧力を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
１つの燃焼室に対して複数の開閉弁が配置されている内燃機関であって、
複数の開閉弁に対応して配置された複数の介在部材および複数のばね装置を備え、
複数のばね装置は、傘部および介在部材を含む移動する部材の総重量が大きいほど、弾性力が小さくなるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
開閉弁の棒状部は、傘部に接続されている第１の弁棒部分と、第１の弁棒部分に弾性部材を介して接続されている第２の弁棒部分とを含み、
弾性部材は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達してばね装置が縮むときには、ばね装置の縮み量に対応して縮む弾性力を有し、燃焼室に通じる通路を開けるために開閉弁を開くときには縮まない弾性力を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
開閉弁が閉じる方向に開閉弁を付勢する弁付勢部材を備え、
ばね装置は、弁付勢部材の内側、または弁付勢部材を取り囲むように外側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
開閉弁を駆動するためのカムと、
クランク角度に対してカムの位相を変化させる可変動弁機構とを備え、
カムは、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁が移動可能になるように形成されている凹部を有し、
可変動弁機構によりカムの凹部の位相を変化させることにより、ばね装置が縮んでいる期間中に、開閉弁の移動量を制限することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】
開閉弁を駆動するための電磁駆動装置を備え、
燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間中に電磁駆動装置を駆動することにより、燃焼室の圧力を調整することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【国際調査報告】
2011132321.tif 000043
2011132321.tif 000044